Magnetostatic Fields in Multilayer Composite Films with a Bimodal Granule Size Distribution

Abstract

Виконано чисельні розрахунки внутрішніх полів в багатошарових наноструктурах, що містять магнітні композитні шари та немагнітні прошарки. Розглянуто системи з бімодальним розподілом гранул за розміром. Моделі таких систем було сформовано шляхом перестроювання та коалесценції гранул усередині кожного шару мономодальної регулярної структури при збереженні об’ємної концентрації магнітних частинок. Магнітні поля в позиціях певних гранул були розраховані як векторна сума дипольних полів, створюваних гранулами всієї системи. Параметри моделі відповідали характеристикам реальних мультишарових композитних наноструктур із вмістом магнітної фази нижче порогу перколяції. Так, для композиту з намагніченістю гранул 1250 Гс, вміст магнітної фази в шарах було вибрано рівним 13 об. %. Розміри малих частинок становили 3 нм. Розрахунки було проведено для різної кількості позицій частинок в системі (102-107) та встановлено, що результати розрахунків після перевищення числа точок ~ 105 практично не змінюються. Було визначено інтервали значень локальних полів у різних точках шару в залежності від товщини магнітного прошарку (від 2 до 4 нм). Було показано, що різниця у величинах локальних дипольних полів в системі з розглянутим бімодальном розподілом гранул може досягати ~ 1500 Е.

Numerical calculations of internal fields in multilayer nanostructures composed of magnetic composite layers and nonmagnetic interlayers were carried out. Systems with bimodal granule size distribution were examined. Models of such systems were formed by rearrangement and coalescence of granules inside each layer of a monomodal regular structure while maintaining magnetic particle volume concentration. Magnetic fields at the positions of certain granules were calculated as the vector sum of the dipole fields generated by all the granules in the system. Model parameters corresponded to the characteristics of real multilayer composite nanostructures with a magnetic phase content below the percolation threshold. Thus, for a composite with a granule magnetization of 1250 G, the content of the magnetic phase in the layers was chosen equal to 13 vol. %. Small particles were 3 nm in size. The calculations were carried out for a different number of particle positions in the system (102-107), and it was found that the results of calculations after exceeding the number of points ~ 105 practically do not change. The intervals between the values of local fields at various layer points were determined depending on the nonmagnetic interlayer thickness (from 2 to 4 nm). It was shown that the difference in the values of local dipole fields in a system with the considered bimodal distribution of granules might amount to ~ 1500 Oe.