Електрофізичні і магніторезистивні властивості несиметричних та гранульованих систем в умовах протікання твердофазних реакцій

Abstract

Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей формування кристалічної структури і фазового складу, проходження дифузійних процесів, поведінки електрофізичних (питомий опір), магніторезистивних (анізотропний і гігантський магнітоопір) та магнітних (коерцитивна сила, поле насичення) властивостей і їх взаємозв’язку для чутливих елементів плівкoвих сенсoрів на основі Co, Fe, FeхNi100-х та Cu в інтервалі товщин d = 10–50 нм і концентрацій х = 10–90 % у температурному інтервалі 120–700 К. Установлено закономірності в польових залежностях анізотропного та гігантського магнітоопору для магнітонеоднорідних плівкових матеріалів із різною товщиною та концентрацією компонент магнітних, немагнітних і додаткових шарів. Досліджено розмірні концентраційні й температурні залежності величини ізотропного магнітоопору та магнітних параметрів, а також розраховано чутливість магнітоопору плівкових систем до магнітного поля. Експериментально досліджений і теоретично проаналізований із використанням феноменологічного підходу (резисторної та двострумової моделей) ефект гігантського магнітоопору в тришарових плівках. Уперше одержано аналітичні вирази для розрахунку параметра спінової асиметрії та опору високоомного спінового каналу. Досліджено залежності величини ефекту анізотропного гігантського магнітоопору від товщини покривного магнітного шару. Розраховано параметр асиметрії, що характеризує відмінність довжин вільного пробігу електронів у спінових каналах провідності для поздовжньої та поперечної геометрій вимірювання магнітоопору. Вивчені фізичні прoцеси в плівкoвих матеріалах із тoчки зoру їх мoжливoгo застoсування як чутливих елементів із високою температурною і часовою стабільністю багатoфункціoнальних сенсoрних та інфoрмаційних приладів різнoгo призначення.

Диссертационная работа посвящена установлению закономерностей формирования кристаллической структуры и фазового состава, изучению диффузионных процессов, поведения электрофизических (удельное сопротивление), магниторезистивных (анизотропное и гигантское магнитосопротивление) и магнитных (коэрцитивная сила, поле насыщения) свойств и их взаимосвязи для чувствительных элементов пленочных сенсоров на основе Co, Fe, FeхNi100-х и Cu в интервале толщин d = 10–50 нм и концентраций х = 10–90 % в температурном интервале 120–700 К. Установлено закономерности в полевых зависимостях анизотропного и гигантского магнитосопротивления для магнитонеоднородных пленочных материалов с разной толщиной и концентрацией компонент магнитных, немагнитных и дополнительных слоев. Исследованы размерные концентрационные и температурные зависимости величины изотропного магнитосопротивления и магнитных параметров, а также рассчитана чувствительность магнитосопротивления пленочных систем к магнитному полю. Экспериментально исследован и теоретически проанализирован с использованием феноменологического подхода (резисторной и двутоковой моделей) эффект гигантского магнитосопротивления в трехслойных пленках. Впервые получены аналитические выражения для расчета параметра спиновой асимметрии и сопротивления высокоомного спинового канала. Исследованы зависимости величины эффекта анизотропного гигантского магнитосопротивления от толщины покрывающего магнитного слоя. Рассчитан параметр асимметрии, характеризирующий отличие длин свободного пробега электронов в спиновых каналах проводимости для продольной и поперечной геометрий измерения магнитосопротивления. Изучены физические прoцессы в пленочных материалах с тoчки зрения их возможного применения как чувствительных элементов с высокой температурной и временной стабильностью в многофункциональных сенсoрных и информационных приборах различного назначения.

This thesis is devoted to the establishment of the general trend in the formation of crystal structure and phase composition; analysis of the diffusion processes, electrophysical (resistivity), magnetoresistive (anisotropic and giant magnetoresistance), and magnetic (coercivity, saturation field) properties behavior, and their correlation for three-layer and multilayer films based on Co, Fe, FeхNi100-x, and Cu in the range of thickness d = 10–50 nm and concentration x = 10–90 % in the temperature range 120–700 K. The general trend in field dependences of anisotropic and giant magnetoresistance for magneto-heterogeneous thin film materials with different thickness and concentration of magnetic, non-magnetic and additional layers determined. Size, concentration, and temperature dependences of the isotropic magnetoresistance value and magnetic parameters investigated. The sensibility of magnetoresistance of thin film systems to magnetic field calculated. The giant magnetoresistive effect in the triple-layered films was experimentally investigated and theoretically analyzed. The first time the analytical expressions for calculation of the parameters of spin-skewers and resistance of the high-resistance spin channel were received. Dependences of the anisotropic giant magnetoresistance value vs. the thickness of the covered magnetic layer investigated. The parameters of asymmetric that characterized the difference of electron mean free path in the spin channel of conductance for longitudinal and transverse geometries of magnetoresistance measurements calculated. Physical processes in thin films materials studied from the point of view of their practical application as sensitive elements with high temperature and time stability of multifunctional sensory and information devices for a various setting.