Магніторезистивні властивості плівкових систем на основі Со або Fe і благородних металів

Магніторезистивні властивості плівкових систем на основі Со або Fe і благородних металів

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра прикладної фізики

МАГНІТОРЕЗИСТИВНІ ВЛАСТИВОСТІ ПЛІВКОВИХ СИСТЕМ НА ОСНОВІ Со АБО Fe і БЛАГОРОДНИХ МЕТАЛІВ

Сухін Евген Ігорович

Суми 2016

Вступ

Мета роботи: полягає в отриманні експериментальних результатів стосовно магніторезистивних (класичний магнітоопір (МО), магнітоопір з ГМО та магнітних (намагніченість, коерцитивність та магнітооптичний ефект Керра) властивостей плівкових систем на основі магнітних компонент (Fe, Со) та благородних металів (Cu, Ag, Au, Pd, Pt ).

Задачі досліджень:

·комплексне дослідження фізичних властивостей плівкових зразків на основі Fe і Cо у вигляді т. р. чи гранульованого сплаву, отриманого методом пошарової або одночасної конденсації із подальшим термовідпалюванням;

·вивчення особливостей структурно-фазового стану;

·аналіз магніторезистивних властивостей;

·вивчення розмірної і концентраційної залежностей МО та узагальнення результатів.

Методи дослідження:

·формування плівкових елементів шляхом вакуумної конденсації;

·дослідження кристалічної структури методом електронної мікроскопії та дифузійних процесів;

·вимірювання опіру і розрахунок магнітоопіру плівкових систем.

Розділ 1. Методика і техніка експерименту

1.1Дослідження магнітоопору

Рис. 1.1. Ультрависоковакуумні установки UVS 500 BALZERS для отримання зразків (а) та D-356Asslar для їх відпалювання (б)

- робочий обєм;

- блок живлення БП - 100;

- магніто-розрядний насос;

- вакууметр ВІТ-2П;

- форвакуумний насос;

- вентилі;

- електронно-променевагармата;

- випарник;

- перетворювач ПМТ - 2;

- перетворювач ПМІ - 2;

- підкладка;

- підкладкотримач;

- екран;

- зємний фланець

MO=∆R/= ( (1.1)

де RB і R0 - опір плівки при задано муполі і без поля.

Для розрахунку величини АМО для різних плівкових систем:

АМО=(3 (1.2)

де R - значення опору плівки при паралельній і перпендикулярній геометрії вимірювання МО.

1.2Магнітооптичний ефект Керра

Рис. 1.3. Схематичне зображення взаємної орієнтації вектора поширення світла (k) та намагніченості (М) при спостереженні різних магнітооптичних ефектів Керра:

·полярного (а),

·меридіального (б),

·та екваторіального (в).

Рис. 1.4. Схематичний вигляд автоматизованої установки для вимірювання магнітооптичного ефекту Керра

.3 Особливості структурно-фазового стану одношарових плівок

Рис. 1.5. Кристалічна структура одношарових плівок Au(25) (а, б), Ag(20) (в, г), Со(20) (д, е) Fe(20) (є, ж) у невідпаленому стані (а, в, д, є) та після відпалювання до 800 К (б, г, е, ж)

.4 Особливості структурно-фазового стану багатошарових плівкових систем

Рис. 1.6. Дифракційні картини та відповідна мікроструктура плівкової системи Ag(34 нм)/Co(15 нм)/П у невідпаленому стані (а) та після відпалювання до 800 К (б) (загальна концентрація - 32 ат. % Со)

Рис. 1.7. Дифракційні картини та відповідна мікроструктура плівкових систем [Ag(32) + Co(8)]/П (а) та [Ag(12) + Co(29)]/П (б) у невідпаленому стані (ефективна концентрація - 28 та 78 ат. % Со відповідно)

Таблиця 1.1 - Фазовий склад плівкової системи Co(10)/Ag(20)Co(10)/П після конденсації та після термовідпалювання до Tв = 700 та 900 К

Розділ 2. Розмірні залежності магнітоопіру від товщини немагнітного прошарку

.1 Системи на основі Со і благородних металів

Рисунок 2.1 - ГМО в плівкових мультишарах з буферними шарами Cr(1,5нм) / [Fe(0,8)/Cr(0,75)]39/Fe(0,8)/Cr(4)/Si та Fe(2)/[Со(0,8)/Cu(0,75)] 59/Со(0,8)/Fe(5)/Si [23].

Рисунок 2.2 - Залежність величини ГМО у мультишарах Co/Cu від товщини неферомагнітного шару. Із роботи [24]

Таблиця 2.1 - Величина магнітоопору у трьох геометріях вимірювання для гранульованих сплавів, сформованих після термовідпалювання тришарових систем Co/Ag/Co до Тв = 700, 800 і 900 К

Рис. 2.3 - Залежність МО від індукції магнітного поля для плівкових систем Co(5)/Ag(10)/Co(5)/П (а-в) таCo(5)/Ag(15)/Co(5)/П (г-е), відпалених до Тв= 800 К. Геометрії вимірювання: поздовжня (а, б), поперечна (в, г) і перпендикулярна (д, е)

Рис. 2.4 - Розмірні залежності магнітоопору для гранульованих сплавів, сформованих після ермовідпалювання тришарових систем Co(5)/Ag(x)Co(5)/П до Тв= 800 (а) та 900 К (б). Геометрія вимірювання: 1 - поздовжня; 2 - поперечна; 3 - перпендикулярна.

.2 Системи на основі Fe і благородних металів

Таблиця 2.2 - Величина магнітоопору у трьох геометріях вимірювання гранульованих сплавів, сформованих після термовідпалювання тришарових систем Fe/Au/Fe до Тв = 700, 800 і 900 К

Рис. 2.5. Залежність величини магнітоопору від концентрації атомів Со при різних температурах вимірювання

4. Магніторезистивні властивості плівок із ГМО і його ознаками

.1 Магніторезистивні властивості

Рис. 4.1 МО тришарової системи Ag(5)/Fe(10)/Ag(5)/П при різних кутах вимірювання

Рис. 4.2 Залежності коерцитивної сили ВС одношарової плівки

4.2 Магнітні властивості

Рис. 4.3. Залежність коерцитивної сили від концентрації магнітної компоненти при поздовжній (●) та перпендикулярній (●) геометріях вимірювання МОКЕ у системах Fe/Cu/Fe/П (а) та Со/Cr/Со/П (б)

Рис. 4.4. Залежність коерцитивної сили Вс зразків Fe(22)/Cu(12)/Fe(28)/П та Fe(14)/Cr(8)/Fe(18)/П, Co(15)/Cr(18)/Co(20)/П та Co(14)/Cu(24)/Co(20)/П у свіжесконденсованому стані при переході від паралельної до перпендикулярної геометрії вимірювання

Рис. 4.5. Залежності величини МОКЕ у плівковому зразку Сu(10)Co(15)/П у свіже сконденсованому стані та після термообробки до різних температур: а - поздовжня геометрія, в - перпендикулярна геометрія

Рисунок 4.6. - Залежності МОКЕ у невідпаленій плівковій системі

Рис. 4.7. Залежності МОКЕ у системах Fe/Cu/Fe/П (a,в,д) iСо/Cr/Со/П (б, г, є) при різних концентраціях феромагнітної компоненти: поздовжня геометрія (a, б); поздовжня геометрія з поворотом зразка на 90 градусів в площині зразка (в, г); перпендикулярна геометрія (д, є)

Висновки

Методами електронної мікроскопії, ОЕС і ВІМС досліджені структурно - фазовий стан плівкових систем, які можуть бути використані як чутливі елементи термодатчиків.