ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 7
1.1 Свободная энергия ферромагнитной частицы 7
1.2 Структура и свойства L 10-фазы соединения PdFe 8
1.2 Сверхбыстрая фотоиндуцированная спиновая динамика в
ферромагнетиках. Модель связанных тепловых резервуаров 10
1.3 Механизм Эллиота-Яфета 16
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 21
2.1 Магнитооптические методы 21
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 27
2.1. Синтез тонких пленок L10-PdFe на подложках MgO и их морфология 27
2.2. Магнитные свойства пленок PdFe на MgO 35
2.3 Исследования методами время разрешенной оптической и
магнитооптической спектроскопии 39
СПИСОК ЦИТИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 53
Стремительное развитие науки в последние десятилетия позволило
создать мощнейшие компьютеры и вычислительные машины, которые
облегчают нашу повседневную жизнь. Каждую секунду в мире происходят
триллионы вычислительных операций. Петабайты информации создаются,
оцифровываются, обрабатываются и хранятся в памяти миллионов
запоминающих устройств. Согласно исследованиям, представленным в
работе [1], в 2007 году человечество хранило на цифровых устройствах около
2,4 х 1021 бит информации. По приблизительным оценкам, к 2016 году объём
хранимых данных можно оценить в 1,96 х 1022 бит = 2,45 зеттабайта.
Такое гигантское количество информации требует особых подходов
для её хранения и считывания. В настоящее время существует три основных
типа устройств, позволяющих это делать: оптические устройства (CD, DVD),
полупроводниковые (флэш) и магнитные (HDD). Последние наиболее
широко используются и перспективны с точки зрения вмещаемого ими
объёма информации и широких возможностей её считывания.
Ёмкость таких устройств можно увеличить, уменьшая размер бита
информации (рис. 2) – намагниченной области среды записи, однако этот
размер конечен и ограничен суперпарамагнитным пределом. Последний
связан с высотой потенциального барьера между минимумами энергии,
отвечающими 0 и 1, которая, в свою очередь, в приближении одноосной
магнитной анизотропии равна произведению константы анизотропии и
объема намагниченной области. Соответственно, для минимизации размера
бита требуются материалы с большой константой анизотропии, причем
желательно, чтобы легкая ось намагничения была перпендикулярна
поверхности пластины диска.
В настоящее время, плотность записи в существующих жестких дисках
с перпендикулярной записью достигает 800-900 Гбит/кв.дюйм. Однако, такие
значения плотностей фактически являются предельными, и для дальнейшего
их увеличения требуются новые материалы и физические принципы [3].
Использование материалов с сильной перпендикулярной анизотропией,
таких как L10-фаза PtFe или PdFe, позволит достичь плотности 10
Тбит/дюйм2 [4]. При этом, однако, потребуется реализация такой технологии,
как термоассистированная магнитная запись (HAMR – heat-assisted magnetic
recording) [5].5
Рисунок 3 – Схематическое представление метода термоассистированной магнитной
записи [6]
В процессе записи информации с помощью лазерного импульса
временно снижается коэрцитивность материала до значений, которыми
обладают современные записывающие головки, чтобы перемагнитить ячейку
и записать информацию. При приближении температуры к температуре
Кюри, коэрцитивность резко падает, и магнитная среда записи информации
становится магнитомягкой. Сфокусированный лазерный луч локально
нагревает лишь выделенную для перемагничивания область, происходит
запись информации и луч перемещается к другой ячейке.
Эпитаксиальные тонкие плёнки сплава PdFe с атомно-упорядоченной
по типу L10 структурой представляют большой интерес с точки зрения их
применения в качестве перспективных материалов для магнитных носителей
с высокой плотностью записи и устройств памяти с произвольным доступом
на основе магниторезистивного эффекта. Это обусловлено их уникальными
магнитными свойствами: большим значением коэрцитивной силы
(Hc ∼ 10 kOe) и высоким значением одноосной магнитной анизотропии
(Ku ∼ 107−108 erg/cm3). Последняя обеспечивает высокую термостабильность
намагниченности плёнки от тепловых колебаний в очень маленьком объеме
размером менее 10 нм [7,8].
Основные результаты, достигнутые в ходе выполнения работы, можно
сформулировать следующим образом:
1. Синтезированы две тонкие плёнки L10 фазы соединения PdFe,
проявляющие перпендикулярную магнитную анизотропию. Первая, с
гранулярной структурой, синтезирована в один этап, осаждением на
подложку MgO (001) при 750°С. Вторая - монокристаллическая
эпитаксиальная с однородной сплошной морфологией. Данная плёнка
имеет тетрагональную симметрию, соответствующую L10-фазе,
является ферромагнитной при комнатной температуре и
характеризуется константой перпендикулярной
магнитокристаллической анизотропии Ku ~ 1.9106 эрг/см3.
2. Методами фемтосекундной оптической и магнитооптической
спектроскопии исследованы динамика намагниченности и
коэффициента отражения от сплошной эпитаксиальной пленки
L10-PdFe после возбуждения фемтосекундным световым импульсом.
Определены временные масштабы фотоиндуцированного
размагничивания и восстановления намагниченности. Выделены
линейные и квадратичные по энергии накачки процессы в динамике
намагниченности.
3. Определена временнáя эволюция петли магнитного гистерезиса
пленки на масштабе 0.1 – 1000 пс, продемонстрированы уменьшение
коэрцитивной силы и намагниченности насыщения в зависимости от
энергии накачки.
4. Показано, что тонкие пленки L10-фаз соединений PdFe и PtFe
характеризуются разными временами фотоиндуцированного
размагничивания, что создает предпосылки для создания на их основе
искусственных многослойных ферримагнетиков с возможностью
полностью оптического переключения направления намагниченности.
