ЭФФЕКТЫ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ В АНТИФЕРРОМАГНЕТИКАХ И МНОГОСЛОЙНЫХ ОБМЕННО-СВЯЗАННЫХ НАНОСТРУКТУРАХ
|
Введение 5
1 Процессы намагничивания и магнитосопротивление магнитомногоосных
антиферомагнетиков 14
1.1 Кривые намагничивания антиферромагнетиков 17
1.2 Теория обратимых процессов смещения доменных границ ферромагнетиков ... 22
1.3 Обратимые и необратимые процессы намагничивания антиферромагнетиков
с двумя осями антиферромагнетизма. Теория 27
1.4 Структура и физические свойства антиферромагнетика РеОег 36
1.5 Обратимые процессы намагничивания РеОег 40
1.6 Необратимые процессы намагничивания РеОег 50
1.7 Процессы намагничивания антиферромагнетика Рео,95Соо,о5 Ое2 53
1.8 Четные гальваномагнитные эффекты в многоосных антиферромагнетиках 57
1.1.1. Одноосные антиферромагнетики 57
1.1.2. Многодоменные антиферромагнетики 59
1.1.3. Температурные зависимости кинетических постоянных 71
1.9 Выводы к главе 1 76
2 Эффекты анизотропии в сверхрешетках Ее/Сг 77
2.1 Магнитные металлические сверхрешетки с эффектом гигантского
магнитосопротивления 78
2.2 Методы роста и аттестации структурных, магнитных и магнитотранспортных
свойств магнитных сверхрешеток Ре/Сг 83
2.2.1 Методика роста магнитных сверхрешеток Ре/Сг 83
2.2.2 Использование метода рентгеновской рефлектометрии для определения
периода сверхрешеток 86
2.2.3 Измерение магнитных и магнитотранспортных свойств пленок и
сверхрешеток 90
2.3 Влияние температуры подложки на структуру слоев и интерфейсов,
магнитные и магниторезистивные свойства сверхрешеток Ре/Сг 94
2.4 Сверхрешетки Ре/Сг с неколлинеарным упорядочением 102
2.5 Сверхрешетки (001)Ре/Сг с двухосной анизотропией в плоскости слоев 107
2.6 Многоступенчатое изменение намагниченности и магнитосопротивления в
сверхрешетках Ре/Сг с одноосной анизотропией в плоскости слоев 117
2.7 Визуализация доменной структуры в сверхрешетках (210)Ре/Сг 132
2.8 Влияние отжига на процессы перемагничивания сверхрешеток (210)Ре/Сг 139
2.9 Выводы к главе 2 145
3 Конфигурация магнитной анизотропии в безгистерезисных спиновых
клапанах 146
3.1 Магнитная анизотропия в спиновых клапанах 146
3.2 Определение характеристик спинового клапана 150
3.3 Методические вопросы приготовления магнитных наноструктур и исследования
их магнитотранспортных свойств 151
3.3.1 Методика магнетронного напыления многослойных наноструктур 151
3.3.2 Установка RTF-1 для исследования магнитотранспортных свойств
спиновых клапанов при различных температурах 155
3.4 Кристаллографическая текстура и магнитный гистерезис в спиновых
клапанах 157
3.5 Взаимодействие между ферромагнитными слоями и гистерезис в спиновых
клапанах 162
3.6 Межслойное взаимодействие, магнитная анизотропия и безгистерезисное
перемагничивание спиновых клапанов 167
3.7 Безгистерезисное перемагничивание спиновых клапанов с неколлинеарным
взаимным расположением осей анизотропии 172
3.8 Оптимизация функциональных характеристик меандра, изготовленного на
основе спинового клапана со слабым межслойным взаимодействием 175
3.9 Спиновые клапаны с синтетическим антиферромагнетиком 177
3.9.1 Температурная стабильность характеристик спиновых клапанов с разным
соотношением толщин ферромагнитных слоев в синтетическом антиферромагнетике 180
3.9.2 Спин-флоп состояние в синтетическом антиферромагнетике 183
3.10 Выводы к главе 3 189
4 Высокочувствительные обменно-связанные сверхрешетки с малым
гистерезисом 191
4.1 Общие особенности ГМС сверхрешеток 191
4.2 Сверхрешетки CoFe/Cu 194
4.3 Сверхрешетки CoFe/Cu с буферными слоями Cr, Fe, CoFe и Cu 195
4.4 Сверхрешетки CoFe/Cu с буферным слоем Cr 198
4.5 Влияние отжига на магнитосопротивление и микроструктуру сверхрешеток
CoFe/Cu с различными буферными слоями 203
4.6 Сверхрешетки CoFe/Cu с буферным слоем пермаллой-хром 210
4.7 Сверхрешетки NiFeCo/Cu с высокой чувствительностью и слабым
гистерезисом 216
4.8 Сверхрешетки с оптимизированными функциональными характеристиками ..225
4.9 Выводы к главе 4 229
Заключение 230
Список сокращений и условных обозначений 236
Литература 237
1 Процессы намагничивания и магнитосопротивление магнитомногоосных
антиферомагнетиков 14
1.1 Кривые намагничивания антиферромагнетиков 17
1.2 Теория обратимых процессов смещения доменных границ ферромагнетиков ... 22
1.3 Обратимые и необратимые процессы намагничивания антиферромагнетиков
с двумя осями антиферромагнетизма. Теория 27
1.4 Структура и физические свойства антиферромагнетика РеОег 36
1.5 Обратимые процессы намагничивания РеОег 40
1.6 Необратимые процессы намагничивания РеОег 50
1.7 Процессы намагничивания антиферромагнетика Рео,95Соо,о5 Ое2 53
1.8 Четные гальваномагнитные эффекты в многоосных антиферромагнетиках 57
1.1.1. Одноосные антиферромагнетики 57
1.1.2. Многодоменные антиферромагнетики 59
1.1.3. Температурные зависимости кинетических постоянных 71
1.9 Выводы к главе 1 76
2 Эффекты анизотропии в сверхрешетках Ее/Сг 77
2.1 Магнитные металлические сверхрешетки с эффектом гигантского
магнитосопротивления 78
2.2 Методы роста и аттестации структурных, магнитных и магнитотранспортных
свойств магнитных сверхрешеток Ре/Сг 83
2.2.1 Методика роста магнитных сверхрешеток Ре/Сг 83
2.2.2 Использование метода рентгеновской рефлектометрии для определения
периода сверхрешеток 86
2.2.3 Измерение магнитных и магнитотранспортных свойств пленок и
сверхрешеток 90
2.3 Влияние температуры подложки на структуру слоев и интерфейсов,
магнитные и магниторезистивные свойства сверхрешеток Ре/Сг 94
2.4 Сверхрешетки Ре/Сг с неколлинеарным упорядочением 102
2.5 Сверхрешетки (001)Ре/Сг с двухосной анизотропией в плоскости слоев 107
2.6 Многоступенчатое изменение намагниченности и магнитосопротивления в
сверхрешетках Ре/Сг с одноосной анизотропией в плоскости слоев 117
2.7 Визуализация доменной структуры в сверхрешетках (210)Ре/Сг 132
2.8 Влияние отжига на процессы перемагничивания сверхрешеток (210)Ре/Сг 139
2.9 Выводы к главе 2 145
3 Конфигурация магнитной анизотропии в безгистерезисных спиновых
клапанах 146
3.1 Магнитная анизотропия в спиновых клапанах 146
3.2 Определение характеристик спинового клапана 150
3.3 Методические вопросы приготовления магнитных наноструктур и исследования
их магнитотранспортных свойств 151
3.3.1 Методика магнетронного напыления многослойных наноструктур 151
3.3.2 Установка RTF-1 для исследования магнитотранспортных свойств
спиновых клапанов при различных температурах 155
3.4 Кристаллографическая текстура и магнитный гистерезис в спиновых
клапанах 157
3.5 Взаимодействие между ферромагнитными слоями и гистерезис в спиновых
клапанах 162
3.6 Межслойное взаимодействие, магнитная анизотропия и безгистерезисное
перемагничивание спиновых клапанов 167
3.7 Безгистерезисное перемагничивание спиновых клапанов с неколлинеарным
взаимным расположением осей анизотропии 172
3.8 Оптимизация функциональных характеристик меандра, изготовленного на
основе спинового клапана со слабым межслойным взаимодействием 175
3.9 Спиновые клапаны с синтетическим антиферромагнетиком 177
3.9.1 Температурная стабильность характеристик спиновых клапанов с разным
соотношением толщин ферромагнитных слоев в синтетическом антиферромагнетике 180
3.9.2 Спин-флоп состояние в синтетическом антиферромагнетике 183
3.10 Выводы к главе 3 189
4 Высокочувствительные обменно-связанные сверхрешетки с малым
гистерезисом 191
4.1 Общие особенности ГМС сверхрешеток 191
4.2 Сверхрешетки CoFe/Cu 194
4.3 Сверхрешетки CoFe/Cu с буферными слоями Cr, Fe, CoFe и Cu 195
4.4 Сверхрешетки CoFe/Cu с буферным слоем Cr 198
4.5 Влияние отжига на магнитосопротивление и микроструктуру сверхрешеток
CoFe/Cu с различными буферными слоями 203
4.6 Сверхрешетки CoFe/Cu с буферным слоем пермаллой-хром 210
4.7 Сверхрешетки NiFeCo/Cu с высокой чувствительностью и слабым
гистерезисом 216
4.8 Сверхрешетки с оптимизированными функциональными характеристиками ..225
4.9 Выводы к главе 4 229
Заключение 230
Список сокращений и условных обозначений 236
Литература 237
Актуальность темы. Антиферромагнетики являются наиболее многочисленным классом магнетиков. Исследование антиферромагнитных кристаллов и искусственных антиферромагнитных наноструктур, включая изучение кинетических эффектов, связанных с особенностями магнитного состояния таких материалов, представляет интерес как для фундаментальной науки, так и с точки зрения возможных практических приложений. Несмотря на отсутствие спонтанной намагниченности и наличие малой магнитной восприимчивости антиферромагнетики находят свое применение в современных изделиях магнитоэлектроники и спинтроники - различных типах спиновых клапанов, элементах магнитной памяти (МИЛМ), магниточувствительных сенсорах и широком спектре устройств, использующих многослойные магнитные наноструктуры с эффектами анизотропного магнитосопротивления (АМС), гигантского
магнитосопротивления (ГМС) и туннельного магнитосопротивления (ТМС). Основная цель использования антиферромагнетиков в указанных наноструктурах - создание однонаправленной анизотропии, обусловленной обменным взаимодействием на границе между ферромагнитным (ФМ) и антиферромагнитным (АФМ) слоями.
Для массивных антиферромагнетиков теоретически предсказано значительное количество магнитных, оптических и кинетических эффектов (см., например, [10]). Однако, в целом, экспериментально антиферромагнетики остаются значительно менее исследованными в сравнении с ферромагнетиками. Это касается, например, вопросов управления доменной структурой в антиферромагнетиках различной симметрии и влияния процессов смещения доменных границ на магнитные и гальваномагнитные свойства. Данные вопросы на сегодняшний день приобретают актуальность в связи с перспективной задачей по созданию элементов магнитной памяти на основе антиферромагнитных доменов, устойчивой к внешним воздействиям. Текущими обсуждаемыми для данного направления работ вопросами являются: возможность целенаправленного изменения антиферромагнитной доменной структуры с помощью относительно слабых магнитных полей и создание однодоменного состояния в антиферромагнетике. Для изучения данных вопросов наиболее простым вариантом является антиферромагнетики тетрагональной симметрии с двумя взаимно перпендикулярными осями антиферромагнетизма в базисной плоскости. В этом случае будет существовать только две магнитные фазы, управляемые магнитным полем.
Одним из активно исследуемых типов магниточувствительных наноматериалов являются спиновые клапаны, отличительной чертой которых является резкое изменение их сопротивления в слабых магнитных полях. Важной особенностью спиновых клапанов, является возможность формирования в них произвольного направления оси однонаправленной анизотропии с помощью специальной термомагнитной обработки. Это позволяет создавать наноструктуры с различным неколлинеарным расположением осей анизотропии в отдельных ферромагнитных слоях, влиять на характер перемагничивания этих слоев и целенаправленно изменять функциональные характеристики спиновых клапанов. В зависимости от формы полевой зависимости магнитосопротивления и величины гистерезиса в поле переключения спиновые клапаны могут быть использованы либо в цифровых устройствах с двумя логическими состояниями «0» и «1», либо в аналоговых измерительных устройствах, в которых реализуется однозначная (безгистерезисная) зависимость сопротивления от величины магнитного поля. К первому типу устройств относятся элементы магнитной памяти, устройства порогового срабатывания, считывающие головки жестких дисков, и другие. К устройствам второго типа относятся, например, измерительные сенсоры магнитного поля и датчики тока.
Формирование неколлинеарной конфигурации магнитной анизотропии является одним из основных способов создания безгистерезисных спиновых клапанов. Несмотря на то, что ранее уже были разработаны общие подходы получения спиновых клапанов с малым гистерезисом, результат использования этих подходов во многом зависит от типа используемых материалов, толщины отдельных слоев, их расположения в многослойной структуре, что составляет композицию спинового клапана. Также важными являются: интенсивность межслойного взаимодействия, наличие кристаллической текстуры, направление магнитного поля относительно осей анизотропии и другие факторы.
Практическим вопросам создания безгистерезисных спиновых клапанов ранее уделялось незначительное внимание. Это связано, главным образом, с часто используемым на практике способом уменьшения гистерезиса путем создания из спиновых клапанов микрообъектов вытянутой формы, в которых важную роль играет анизотропия формы. Однако при данном подходе значительно, в десятки раз, уменьшается такая важная характеристика, как магниторезистивная чувствительность. В связи с этим, исследование влияния различных факторов на магнитные и магнитотранспортные свойства спиновых клапанов и разработка способов получения безгистерезисного изменения магнитосопротивления при отсутствии влияния анизотропии формы является актуальной научной и технологической задачей. На основе развитых подходов могут быть созданы металлические спиновые клапаны, в которых большая величина магнитосопротивления сочетается с малым гистерезисом и высокой магниторезистивной чувствительностью, что представляет интерес для различных практических приложений.
Другим типом современных магнитных наноструктур являются металлические обменно-связанные сверхрешетки с эффектом гигантского магнитосопротивления. Наличие осциллирующего с толщиной немагнитной прослойки межслойного обменного взаимодействия РККИ-типа обуславливает существование в ГМС сверхрешетках различных типов магнитного упорядочения: антиферромагнитного, неколлинеарного и ферромагнитного. С точки зрения магнетизма антиферромагнитно упорядоченные сверхрешетки могут рассматриваться как искусственные антиферромагнетики с управляемым межслойным взаимодействием.
Исследованию эффектов анизотропии в обменно-связанных сверхрешетках уделялось незначительное внимание. Это связано с тем, что для получения максимального магнитосопротивления, обусловленного спин-зависимым рассеянием электронов проводимости, необходимо чтобы на длине свободного пробега электронов укладывалось бы большое число ферромагнитных слоев с различным направлением намагниченности. Для металлических сверхрешеток характерная длина свободного пробега электронов составляет 100 А, а типичная толщина ферромагнитных слоев - (10-30) А. В ФМ слоях такой толщины кристаллическая структура еще не является полностью сформированной, в результате чего и магнитная анизотропия проявляется слабо. Поля насыщения у сверхрешеток с большими величинами ГМС составляют величины в несколько килоэрстед или десятков килоэрстед, поэтому магнитная анизотропия может проявляться лишь в незначительной области магнитных полей по сравнению с полем насыщения, чему обычно не уделяют особого внимания.
С другой стороны, ослабив межслойное взаимодействие путем выбора соответствующей толщины немагнитных прослоек и увеличив толщину ФМ слоев можно приготовить сверхрешетки с полями насыщения около 500 Э и менее. В таких сверхрешетках с хорошо сформированной кристаллической структурой, приготовленных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, процессы перемагничивания будут в равной степени определяться межслойным обменным взаимодействием и особенностями магнитной анизотропии. В этом случае будет наблюдаться зависимость кривых намагничивания от направления приложения внешнего магнитного поля по отношению к осям анизотропии и могут, проявятся новые эффекты, связанные с наличием в ФМ слоях магнитной анизотропии 2-го или 4-го порядка.
Традиционной задачей синтеза и исследования обменно-связанных сверхрешеток является получение магниточувствительных наноматериалов с наибольшим магнитосопротивлением или эффективным сочетанием функциональных характеристик. Несмотря на накопленный 30-летний опыт в изучении ГМС сверхрешеток интерес к их исследованию сохраняется благодаря сочетанию свойств, представляющих интерес для их практического использования, а также благодаря относительной простоте изготовления как самих сверхрешеток, так и промышленных магнитных сенсоров на их основе. В задачах оптимизации магниторезистивных характеристик конкретных типов сверхрешеток важную роль играет материал буферного слоя. Использование буферного слоя на поверхности подложки способствует формированию особой кристаллической структуры в нем и в последующих слоях многослойной структуры, приводит к уменьшению шероховатости подложки и улучшению структуры интерфейсов. Особенности структуры слоев и интерфейсов, в свою очередь, влияют на магнитный порядок в сверхрешетке и на магнитотранспортные свойства. При нахождении эффективного материала буферного слоя у сверхрешеток могут быть получены высокие значения магнитосопротивления в сочетании с малым гистерезисом и высокой чувствительностью, что является важным набором характеристик для магниточувствительных материалов. В связи с этим, научно обоснованная разработка способов оптимизации практически значимых функциональных характеристик обменно-связанных сверхрешеток является актуальной задачей.
магнитосопротивления (ГМС) и туннельного магнитосопротивления (ТМС). Основная цель использования антиферромагнетиков в указанных наноструктурах - создание однонаправленной анизотропии, обусловленной обменным взаимодействием на границе между ферромагнитным (ФМ) и антиферромагнитным (АФМ) слоями.
Для массивных антиферромагнетиков теоретически предсказано значительное количество магнитных, оптических и кинетических эффектов (см., например, [10]). Однако, в целом, экспериментально антиферромагнетики остаются значительно менее исследованными в сравнении с ферромагнетиками. Это касается, например, вопросов управления доменной структурой в антиферромагнетиках различной симметрии и влияния процессов смещения доменных границ на магнитные и гальваномагнитные свойства. Данные вопросы на сегодняшний день приобретают актуальность в связи с перспективной задачей по созданию элементов магнитной памяти на основе антиферромагнитных доменов, устойчивой к внешним воздействиям. Текущими обсуждаемыми для данного направления работ вопросами являются: возможность целенаправленного изменения антиферромагнитной доменной структуры с помощью относительно слабых магнитных полей и создание однодоменного состояния в антиферромагнетике. Для изучения данных вопросов наиболее простым вариантом является антиферромагнетики тетрагональной симметрии с двумя взаимно перпендикулярными осями антиферромагнетизма в базисной плоскости. В этом случае будет существовать только две магнитные фазы, управляемые магнитным полем.
Одним из активно исследуемых типов магниточувствительных наноматериалов являются спиновые клапаны, отличительной чертой которых является резкое изменение их сопротивления в слабых магнитных полях. Важной особенностью спиновых клапанов, является возможность формирования в них произвольного направления оси однонаправленной анизотропии с помощью специальной термомагнитной обработки. Это позволяет создавать наноструктуры с различным неколлинеарным расположением осей анизотропии в отдельных ферромагнитных слоях, влиять на характер перемагничивания этих слоев и целенаправленно изменять функциональные характеристики спиновых клапанов. В зависимости от формы полевой зависимости магнитосопротивления и величины гистерезиса в поле переключения спиновые клапаны могут быть использованы либо в цифровых устройствах с двумя логическими состояниями «0» и «1», либо в аналоговых измерительных устройствах, в которых реализуется однозначная (безгистерезисная) зависимость сопротивления от величины магнитного поля. К первому типу устройств относятся элементы магнитной памяти, устройства порогового срабатывания, считывающие головки жестких дисков, и другие. К устройствам второго типа относятся, например, измерительные сенсоры магнитного поля и датчики тока.
Формирование неколлинеарной конфигурации магнитной анизотропии является одним из основных способов создания безгистерезисных спиновых клапанов. Несмотря на то, что ранее уже были разработаны общие подходы получения спиновых клапанов с малым гистерезисом, результат использования этих подходов во многом зависит от типа используемых материалов, толщины отдельных слоев, их расположения в многослойной структуре, что составляет композицию спинового клапана. Также важными являются: интенсивность межслойного взаимодействия, наличие кристаллической текстуры, направление магнитного поля относительно осей анизотропии и другие факторы.
Практическим вопросам создания безгистерезисных спиновых клапанов ранее уделялось незначительное внимание. Это связано, главным образом, с часто используемым на практике способом уменьшения гистерезиса путем создания из спиновых клапанов микрообъектов вытянутой формы, в которых важную роль играет анизотропия формы. Однако при данном подходе значительно, в десятки раз, уменьшается такая важная характеристика, как магниторезистивная чувствительность. В связи с этим, исследование влияния различных факторов на магнитные и магнитотранспортные свойства спиновых клапанов и разработка способов получения безгистерезисного изменения магнитосопротивления при отсутствии влияния анизотропии формы является актуальной научной и технологической задачей. На основе развитых подходов могут быть созданы металлические спиновые клапаны, в которых большая величина магнитосопротивления сочетается с малым гистерезисом и высокой магниторезистивной чувствительностью, что представляет интерес для различных практических приложений.
Другим типом современных магнитных наноструктур являются металлические обменно-связанные сверхрешетки с эффектом гигантского магнитосопротивления. Наличие осциллирующего с толщиной немагнитной прослойки межслойного обменного взаимодействия РККИ-типа обуславливает существование в ГМС сверхрешетках различных типов магнитного упорядочения: антиферромагнитного, неколлинеарного и ферромагнитного. С точки зрения магнетизма антиферромагнитно упорядоченные сверхрешетки могут рассматриваться как искусственные антиферромагнетики с управляемым межслойным взаимодействием.
Исследованию эффектов анизотропии в обменно-связанных сверхрешетках уделялось незначительное внимание. Это связано с тем, что для получения максимального магнитосопротивления, обусловленного спин-зависимым рассеянием электронов проводимости, необходимо чтобы на длине свободного пробега электронов укладывалось бы большое число ферромагнитных слоев с различным направлением намагниченности. Для металлических сверхрешеток характерная длина свободного пробега электронов составляет 100 А, а типичная толщина ферромагнитных слоев - (10-30) А. В ФМ слоях такой толщины кристаллическая структура еще не является полностью сформированной, в результате чего и магнитная анизотропия проявляется слабо. Поля насыщения у сверхрешеток с большими величинами ГМС составляют величины в несколько килоэрстед или десятков килоэрстед, поэтому магнитная анизотропия может проявляться лишь в незначительной области магнитных полей по сравнению с полем насыщения, чему обычно не уделяют особого внимания.
С другой стороны, ослабив межслойное взаимодействие путем выбора соответствующей толщины немагнитных прослоек и увеличив толщину ФМ слоев можно приготовить сверхрешетки с полями насыщения около 500 Э и менее. В таких сверхрешетках с хорошо сформированной кристаллической структурой, приготовленных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, процессы перемагничивания будут в равной степени определяться межслойным обменным взаимодействием и особенностями магнитной анизотропии. В этом случае будет наблюдаться зависимость кривых намагничивания от направления приложения внешнего магнитного поля по отношению к осям анизотропии и могут, проявятся новые эффекты, связанные с наличием в ФМ слоях магнитной анизотропии 2-го или 4-го порядка.
Традиционной задачей синтеза и исследования обменно-связанных сверхрешеток является получение магниточувствительных наноматериалов с наибольшим магнитосопротивлением или эффективным сочетанием функциональных характеристик. Несмотря на накопленный 30-летний опыт в изучении ГМС сверхрешеток интерес к их исследованию сохраняется благодаря сочетанию свойств, представляющих интерес для их практического использования, а также благодаря относительной простоте изготовления как самих сверхрешеток, так и промышленных магнитных сенсоров на их основе. В задачах оптимизации магниторезистивных характеристик конкретных типов сверхрешеток важную роль играет материал буферного слоя. Использование буферного слоя на поверхности подложки способствует формированию особой кристаллической структуры в нем и в последующих слоях многослойной структуры, приводит к уменьшению шероховатости подложки и улучшению структуры интерфейсов. Особенности структуры слоев и интерфейсов, в свою очередь, влияют на магнитный порядок в сверхрешетке и на магнитотранспортные свойства. При нахождении эффективного материала буферного слоя у сверхрешеток могут быть получены высокие значения магнитосопротивления в сочетании с малым гистерезисом и высокой чувствительностью, что является важным набором характеристик для магниточувствительных материалов. В связи с этим, научно обоснованная разработка способов оптимизации практически значимых функциональных характеристик обменно-связанных сверхрешеток является актуальной задачей.
1. В монокристаллах РеОе2 и Рео.95Соо.о50е2 в области температур существования коллинеарного антиферромагнитного порядка обнаружены обратимые и необратимые нелинейные изменения намагниченности с магнитным полем. Теоретическое описание наблюдаемых закономерностей дано с учетом анизотропии 4-го порядка в базисной плоскости и учетом зависимости концентраций магнитных фаз от напряженности магнитного поля. Получено хорошее согласие между теорией и экспериментом.
2. Разработана теоретическая модель, хорошо описывающая полученные экспериментальные данные для продольного и поперечного магнитосопротивлений монокристалла РеОе2. Показана возможность определения концентраций магнитных фаз из магниторезистивных данных.
3. Методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках (211)МдО выращены сверхрешетки (210)[Ре/Сг] с выраженной одноосной магнитной анизотропией в плоскости слоев. Показано, что в случае направления магнитного поля вдоль «легкой оси» проявляется многоступенчатый характер полевых зависимостей намагниченности и магнитосопротивления, обусловленный множественными спин-флип переходами, при которых происходит последовательное перемагничивание отдельных слоев Ре.
4. Магнитооптическим методом с использованием индикаторной пленки железо-иттриевого граната визуализирована доменная структура в отдельных внутренних слоях Ре сверхрешетки (210)Ре/Сг и установлена последовательность перемагничивания слоев Ре. Показано отличие доменной структуры в различных слоях Ре.
5. Установлены условия реализации режима безгистерезисного перемагничивания свободного слоя в спиновых клапанах различных композиций. Предложен способ получения скрещенной конфигурации магнитной анизотропии с помощью спин-флоп состояния в синтетическом антиферромагнетике.
6. Для серии спиновых клапанов на основе антиферромагнетика Мп1г установлена количественная зависимость ширины низкополевой петли гистерезиса от угла рассеяния текстуры <111>. Показано, что чем более совершенная текстура <111> сформирована в спиновом клапане, тем слабее гистерезис перемагничивания свободного слоя.
7. В полученных сверхрешётках Со9оРе1о/Си с буферным слоем хрома различной толщины обнаружен переход между низкокоэрцитивным и высококоэрцитивным состояниями. Показано, что субнанометровые изменения толщины буферного слоя Сг приводят к многократному изменению ширины петли магнитного гистерезиса.
Установлено, что исчезновение аксиальной текстуры <111> в слоях сверхрешётки приводит к резкому усилению гистерезиса.
8. Установлено, что использование буферного слоя Та/(Ы18оРе2о)боСг4о приводит к значительному ослаблению гистерезиса и уменьшению поля магнитного насыщения в трех типах сверхрешеток: СоэдРею/Сп, №ббРе1бСо2о/Си и ШубРеюСом/Си. С помощью комплексного метода оптимизации функциональных характеристик приготовлены сверхрешетки Со9оРе1о/Си с рекордной величиной магнитосопротивления - 81% при комнатной температуре.
Таким образом, в результате проведенных исследований выявлены особенности магнитных и магнитотранспортных свойств тетрагональных антиферромагнетиков, спиновых клапанов и обменно-связанных сверхрешеток Ре/Сг, обусловленные наличием в них магнитной анизотропии. На основе установленных закономерностей были выработаны способы управления анизотропией и другими свойствами многослойных наноструктур, что позволило создать варианты магниточувствительных материалов с высокими функциональными характеристиками, представляющими интерес для практических применений в области магнитоэлектроники и спинтроники.
2. Разработана теоретическая модель, хорошо описывающая полученные экспериментальные данные для продольного и поперечного магнитосопротивлений монокристалла РеОе2. Показана возможность определения концентраций магнитных фаз из магниторезистивных данных.
3. Методом молекулярно-лучевой эпитаксии на подложках (211)МдО выращены сверхрешетки (210)[Ре/Сг] с выраженной одноосной магнитной анизотропией в плоскости слоев. Показано, что в случае направления магнитного поля вдоль «легкой оси» проявляется многоступенчатый характер полевых зависимостей намагниченности и магнитосопротивления, обусловленный множественными спин-флип переходами, при которых происходит последовательное перемагничивание отдельных слоев Ре.
4. Магнитооптическим методом с использованием индикаторной пленки железо-иттриевого граната визуализирована доменная структура в отдельных внутренних слоях Ре сверхрешетки (210)Ре/Сг и установлена последовательность перемагничивания слоев Ре. Показано отличие доменной структуры в различных слоях Ре.
5. Установлены условия реализации режима безгистерезисного перемагничивания свободного слоя в спиновых клапанах различных композиций. Предложен способ получения скрещенной конфигурации магнитной анизотропии с помощью спин-флоп состояния в синтетическом антиферромагнетике.
6. Для серии спиновых клапанов на основе антиферромагнетика Мп1г установлена количественная зависимость ширины низкополевой петли гистерезиса от угла рассеяния текстуры <111>. Показано, что чем более совершенная текстура <111> сформирована в спиновом клапане, тем слабее гистерезис перемагничивания свободного слоя.
7. В полученных сверхрешётках Со9оРе1о/Си с буферным слоем хрома различной толщины обнаружен переход между низкокоэрцитивным и высококоэрцитивным состояниями. Показано, что субнанометровые изменения толщины буферного слоя Сг приводят к многократному изменению ширины петли магнитного гистерезиса.
Установлено, что исчезновение аксиальной текстуры <111> в слоях сверхрешётки приводит к резкому усилению гистерезиса.
8. Установлено, что использование буферного слоя Та/(Ы18оРе2о)боСг4о приводит к значительному ослаблению гистерезиса и уменьшению поля магнитного насыщения в трех типах сверхрешеток: СоэдРею/Сп, №ббРе1бСо2о/Си и ШубРеюСом/Си. С помощью комплексного метода оптимизации функциональных характеристик приготовлены сверхрешетки Со9оРе1о/Си с рекордной величиной магнитосопротивления - 81% при комнатной температуре.
Таким образом, в результате проведенных исследований выявлены особенности магнитных и магнитотранспортных свойств тетрагональных антиферромагнетиков, спиновых клапанов и обменно-связанных сверхрешеток Ре/Сг, обусловленные наличием в них магнитной анизотропии. На основе установленных закономерностей были выработаны способы управления анизотропией и другими свойствами многослойных наноструктур, что позволило создать варианты магниточувствительных материалов с высокими функциональными характеристиками, представляющими интерес для практических применений в области магнитоэлектроники и спинтроники.
Подобные работы
- ЭФФЕКТЫ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ В
АНТИФЕРРОМАГНЕТИКАХ И МНОГОСЛОЙНЫХ
ОБМЕННО-СВЯЗАННЫХ НАНОСТРУКТУРАХ
Авторефераты (РГБ), физика. Язык работы: Русский. Цена: 2500 р. Год сдачи: 2017