СОЗДАНИЕ ОБМЕННОГО СДВИГА В ТОНКОЙ ПЛЕНКЕ ФЕРРОМАГНЕТИКА Pd0,96Feo,o4, ТЕМПЕРАТУРА КЮРИ КОТОРОГО НИЖЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НЕЕЛЯ СПАРЕННОГО С НИМ АНТИФЕРРОМАГНЕТИКА СоО
Введение 3
1 Физические процессы, протекающие в тонкопленочной системе 5
1.1 Сплавы Pd1-xFex 5
1.2 Эффект обменной анизотропии 6
1.3 Феноменологическая модель обменной анизотропии 8
1.4 Эффект обменной пружины 10
2 Методы изготовления и исследования тонких пленок 11
2.1 Технология изготовления гетероструктур 11
2.2 Метод рентгеновской фотоэлектронной спектрометрии 15
2.3 Метод вибрационной магнитометрии 17
1. Экспериментальные результаты и их анализ 21
Заключение 31
Список использованной литературы 32
Многослойные тонкопленочные магнитные структуры вызывают интерес научной общественности на протяжении нескольких десятков лет. Большое внимание они получают из-за появления в них необычных магнитных свойств, благодаря которым они находят новые области применения. К таким особенностям относится возникновение однонаправленной обменной анизотропии или обменный сдвиг в системе ферромагнетик/антиферромагнетик.
Обменный сдвиг, обусловлен взаимодействием между слоями антиферромагнетика и ферромагнетика, проявляющийся в сдвиге петли магнитного гистерезиса. Несмотря на то, что этот эффект известен уже много лет, его микроскопическое происхождение остается спорным. Так для его объяснения предложено большое количество теоретических моделей [1, 2]. В настоящее время эффект обменной анизотропии активно используется в спинтронике, например, в магниторезистивных считывающих головках жестких дисков, спиновых клапанах, туннельных и других устройствах [3-5]. В настоящее время активно развивается направление сверхпроводящей компьютерной логики, элементы памяти и логические вентили которой, состоят из закрепленного на антиферромагнетике ферромагнетика, сверхпроводника и свободного ферромагнетика. Чтобы исключить влияние на свойства сверхпроводимости, в таких структурах необходимо использовать слабые ферромагнетики, одним из которых является сплав палладий-железо. Для полноценного использования в таких системах первостепенной задачей является умение закреплять ферромагнитный слой на антиферромагнетике.
Тенденция на изучение тонких пленок PdbxFex активно возрастает в последнее время. Как известно, палладий является почти ферромагнитным материалом. Поэтому добавление к палладию даже очень малого количества магнитных примесей делает эти материалы ферромагнитными [6, 7]. При этом, концентрация магнитных атомов определяет магнитные свойства материала: намагниченность, температуру Кюри, коэрцитивное поле и даже величину магнитокристаллической анизотропии. Данная вариативность - удобный инструмент при подборе пленки с нужными свойствами [8-10].
Наиболее удобным и изученным материалом для использования в качестве антиферромагнетика является монооксид кобальта CoO, благодаря величине температуры Нееля, немного ниже комнатной (291 К у объемного материала), и высокому обменному смещению (до 2-3 кЭ в паре с кобальтом). Кроме того, похожий на Pd1-xFex материал с низкой температурой Кюри Cu41Ni59 (110 - 120 К) удалось закрепить с помощью бислоя Со/СоО в гетероструктуре Co/CoOx/Cu41Ni59 [11]. Поэтому создание обменного сдвига в выбранной пленке PdFe с помощью антиферромагнитного подслоя CoO является актуальной и перспективной задачей.
Целью данной работы является создание обменного сдвига у тонкой пленки разбавленного ферромагнетика Pd0 96Fe004, чья температура Кюри (130 К) ниже температуры Нееля (250 К) спаренного с ним антиферромагнетика CoO. Для ее достижения были поставлены следующие задачи:
1) Знакомство с литературой по данной теме.
2) Знакомство с установкой, методами напыления тонких пленок (Pd1-xFex из термоэффузионной ячейки, CoO методом магнетронного напыления).
3) Научиться синтезировать тонкие пленки Co, CoO, Pd1-xFex.
4) Исследовать возникновение обменного сдвига при прямом наложении ферромагнитного Pd0 96Fe004 на антиферромагнитный CoO.
Объект исследования в работе - тонкая пленка Pd0 96Fe004 и тонкая пленка антиферромагнетика CoO, полученные методами реактивного магнетронного распыления в сверxвысоковакуумной установке и распылением из термоэффузионной ячейки
Тонкопленочные гетероструктуры Pdo,96Feo,o4/Co/CoO и Pdo,96Feo,o4/CoO/Co, с температурой Кюри (130 К) ниже, чем температура Нееля CoO (27o-29o К), были изготовлены методом магнетронного распыления и напылением из термоэффузионной ячейки. Установлено, что при прямом наложении Pdo,96Feoo4 на СоО обменный сдвиг отсутствует. При этом добавление прослойки ферромагнитного Co (2нм) между слоями Pdo,96Feoo4 и СоО позволяет создать обменный сдвиг у ферромагнитного слоя Pdo,96Feoo4. Показано, что величина обменного сдвига в гетероструктуре увеличивается с уменьшением толщины ферромагнитного слоя Pdo,96Feoo4.
Также обнаружено, что в системе Pd0J96Fe0J04/Co/CoО проявляется эффект магнитной пружины. Проведенное микромагнитное моделирование позволило оценить основные параметры определяющие свойства магнитной пружины: межслоевые (ACo-PdFe = 1 пкДж/м) и внутри слоя (APdFe = o.4 пкДж/м) обменные константы.
Замена прослойки ферромагнитного Co на ферромагнитный Pdo,85Feo,15 между слоями Pdo,96Feoo4 и СоО также обеспечивает возникновение обменного сдвига у ферромагнитного Pdo,96Feoo4.
Результаты, полученные в данной работе, были доложены на Итоговой научно-образовательной конференции студентов Института Физики и на Конкурсе на лучшую научную работу студентов КФУ, а также опубликованы в форме научной статьи в журнале Письма в ЖТФ (Обменная пружина в гетероструктуре с низкотемпературным ферромагнетиком Pdo,96Feoo4 [Текст] / И.В. Янилкин, Э.Т. Мухаметова, И.Р. Вахитов и др. // Письма в ЖТФ. - 2Ш9. - Т. 45, вып. 8 - С. 12-15.)
