Структурно-фазовий стан і магнітооптичні властивості плівкових систем на основі Fe, Co, Cr та благородних металів

Abstract

Дисертацію присвячено комплексному дослідженню структурно-фазового стану, магніторезистивних і магнітооптичних властивостей плівкових систем та спін-вентильних структур на основі Fe, Co, Cr та Ag або Au. У роботі визначені оптимальні умови формування плівкових систем та досліджені процеси фазоутворення в них при відпалюванні. Визначені оптимальні загальні концентрації компонент у двошарових системах Fe/Cr (cCr = до 20 ат. %) та Fe/Co (cCo = до 22 ат. %), які забезпечують термічно стабільні, ізотропні та максимальні за величиною магнітні характеристики. Проведені розрахунки коефіцієнтів дифузії для системи Fe/Cr за відомими теоретичними моделями. Визначені найбільш ефективні з них, а саме уточнений метод Уїпла та метод функцій помилок Гауса, які враховують середній розмір зерен та товщину шару матеріалу, що дифундує. Установлена залежність структурного стану та магнітних властивостей двошарових плівок Co/Fe/П від матеріалу підкладки та умов конденсації. Установлена кореляція між структурно-фазовим станом, магніто-резистивними і магнітооптичними властивостями спін-вентильних структур на основі Fe, Co та Au. Запропоновані конфігурації спін-вентилів, які забезпечують найбільш високі за величиною та термічно стабільні магнітні характеристики. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/33736

Диссертация посвящена комплексному исследованию структурно-фазового состояния, магниторезистивных и магнитооптических свойств двухслойных пленочных систем и спин-вентильных структур на основе Fe, Co, Cr и Ag или Au. В работе определены оптимальные условия формирования пленочных систем, которые обеспечивают невысокую дефектность и целостность пленок. Кроме того, исследованы процессы фазообразования в системах при термоотжиге. Определены оптимальные общие концентрации компонент в двухслойных системах Fe/Cr и Fe/Co, которые обеспечивают термически стабильные, изотропные и максимальные по величине магнитные характеристики (магнитосопротивление – МС, индукцию перемагничивания – Bc, индукцию насыщения – Bs). Так, двухслойные пленки на основе Cr и Fe при общей концентрации cCr = 5 – 20 ат. % проявляют наименьшие значения BC (8 – 12 мТл) и наибольший уровень МОКЕ - сигнала в перпендикулярной и продольной геометриях измерения. Увеличение общей концентрации атомов Cr приводит к росту значений BC в продольной геометрии измерения (до BC = 20,5 мТл при cCr = 94 ат. %) и снижению уровня МОКЕ-сигнала в перпендикулярной геометрии. Для двухслойных пленочных систем на основе Fe и Co также характерна зависимость величины и термической стабильности магнитных параметров от концентрации компонент. Так, при cCo = 22 ат. % значения индукции размагничивания для всей системы BC = 13 мТл, а при cCo = 50 ат. % – BC = 8 мТл. Системы с общей концентрацией атомов Co до 22 ат. % проявляют наиболее термически стабильные магнитные свойства во всех геометриях измерения МОКЕ. Проведены расчеты коэффициентов диффузии для системы Fe/Cr по известным теоретическим моделям. Сделаны выводы об эффективности методов Уиппла и функций ошибок Гаусса, которые учитывают средний размер зерна и толщину слоя диффузанта. Исследования двухслойных пленочных систем Co/Fe/П, выращенных на аморфных подложках и на монокристалле (100)MgO, позволили установить зависимость структурного состояния, магниторезистивных и магнитооптических свойств образцов от материала подложки и условий конденсации. Установленно, что при ориентированном росте на монокристалле система проявляет существенную анизотропию МС и Bc. Так, при повороте образца в его плоскости на угол α = 45º значение Bc увеличивается в два раза. Кроме того, образец на подложке (100)MgO имеет большие по величине значения МС во всех геометриях измерения. Установлено, что интенсивность протекания конденсационно-стимулированной диффузии для системы, которая выращена ориентировочно, ниже по сравнению с системой на аморфной подложке. Установлена корреляция между структурно-фазовым состоянием и магнитными свойствами четырех типов спин-вентильных структур на основе Fe, Co и Au. Определено, что для структур, которые имеют относительно толстый (d = 20 нм) слой Co (структуры III и IV типов), при отжиге до температур Tо 600 К изменяется характер зависимости Bc(α), что косвенно свидетельствует о фазообразовании. Установлено, что спин-вентильная структура II типа – Au(3)/Fe(20)/Au(6)/Co(3)/П – проявляет изотропность МС во всех трех геометриях измерения и имеет максимальные по величине термостабильные значения МС. Структура III типа имеет максимальные и наиболее термостабильные значения МС, однако для нее характерны изменения типа непрямого обменного взаимодействия магнитных слоев, что объясняется появлением т. р. (Au,Co) при отжиге. Структуры, которые не имеют относительно толстого слоя Co, не проявляют изменений обменной связи между магнитными слоями. На основе полученных результатов в зависимости от области практического применения предложены конфигурации спин-вентилей, которые обеспечивают наиболее термически стабильные магнитные характеристики. Проведены эллипсометрические исследования спин-вентильных структур, которые полностью подтвердили результаты, полученные с помощью просвечивающей микроскопии относительно структурно-фазового состава образцов. Также позволили определить оптические показатели (n, k) для тонких пленок, которые отличаются от табличных данных для массивных образцов. Кроме того, проведены модельные исследования, позволяющие определить изменения параметров электропереноса пленок Au (Ag), которые выступают в качестве немагнитных прослоек спин-вентилей, при конденсации верхнего слоя Co, Cr и Cu. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/33736

The thesis is devoted to comprehensive investigation of phase structural state, magneto-optical and magneto-resistive properties of film systems and spin-valve structures on the basis of Fe, Co, Cr, and Ag or Au. This paper contains the study of optimal conditions for formation of the film systems that provide the least imperfection of the samples. Phase formation processes in such systems during annealing were investigated. Optimal general concentration of the components in Fe/Cr (cCr up to 20 at. %) and Fe/Co (cCo up to 22 at. %) bi-layer systems that provide thermally stable, isotropic and the greatest value of magnetic characteristic (magneto resistance – MR, demagnetization induction – Bc, saturation induction – Bs). The computation of diffusion coefficients for Fe/Cr system was carried out with the help of widely used models. Optimal ones were determined: Weeple’s model and Gauss error function, taking into account the grain dimensions and the thickness of diffusant material. The investigation of Au/Co/Fe/Sub film systems showed the dependency of their structural state, magneto-optical and magneto-resistive properties on substrate material and condensation conditions. The correlation between phase structural state and magneto-optical and magneto-resistive properties of spin-valve structures on the basis of Fe, Co and Au was found. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/33736