Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Магнетизм дисконтинуальных сред 11
1.1 Свободная энергия и внутренние поля ферромагнетика . 11
1.1.1 Обменное взаимодействие 12
1.1.2 Дипольное взаимодействие 16
1.1.3 Магнитная анизотропия 20
1.1.4 Ферромагнетик во внешнем поле 26
1.1.5 Условие равновесия вектора намагниченности 26
1.1.6 Уравнение движения намагниченности 27
1.1.7 Резонансная частота ферромагнетика 28
1.2 Особенности гранулированных сред 30
1.2.1 Модели описания гранулярных плёнок 30
1.3 Вопросы моделирования гранулированных магнетиков . 32
ГЛАВА 2. Исследование структурных и магнитных характеристик гранулированных композитных плёнок 35
2.1 Получение образцов гранулированных плёнок и методы иссле дования 35
2.1.1 Обоснование выбора объекта исследования 38
2.1.2 Исследование структуры плёнок 39
2.2 Структура гранулированных композитных плёнок 40
2.2.1 433 серия 40
2.2.2 1025 серия 48
2.3 Влияние отжига на структуру композитных плёнок 50
2.3.1 433 серия 50
2.3.2 1025 серия 55
2.4 Аппроксимация плёнок сплошной средой 58
2.5 Исследование магнитных характеристик композитных плёнок 60
2.5.1 433 серия 62
2.5.2 1025 серия 70
2.6 Выводы 72
ГЛАВА 3. Моделирование динамики намагниченности свободной ферромагнитной частицы 73
3.1 Уравнение резонанса для эллиптической частицы с одноосной анизотропией 73
3.2 Динамика намагниченности эллипсоида 79
3.2.1 Влияние температуры на поведение намагниченности . 82
3.3 Выводы 84
ГЛАВА 4. Динамика намагниченности вкомпозитных гранулированных плёнках 86
4.1 Эффективная анизотропия ансамбля эллипсоидов 86
4.2 Ферромагнитный резонанс в композитной структуре 89
4.2.1 Случай A. 91
4.2.2 Случай B. 93
4.2.3 Случай C. 94
4.2.4 Случай D. 96
4.2.5 Случай E. 99
4.2.6 Обсуждение результатов 100
4.3 Моделирование ансамблей эллипсоидальных частиц 101
4.3.1 Динамика магнитной структуры ансамбля эллипсоидов 105
4.4 Выводы 105
Заключение 107
Литература
- Магнитная анизотропия
- Структура гранулированных композитных плёнок
- Влияние температуры на поведение намагниченности
- Ферромагнитный резонанс в композитной структуре
Введение к работе
Актуальность темы. В последние десятилетия исследователи проявляют большой интерес к изучению свойств низкоразмерных магнитных систем, таких как моно-, поликристаллические и аморфные магнитные плёнки, композитные и многослойные структуры [1–]. Значение исследований этих гетерогенных сред для фундаментальной физики конденсированного состояния обусловлено проявлением в них нелинейных и квантовых эффектов: гигантского и туннельного магнетосопротивления, эффекта Рашбы и спинового эффекта Холла, и т.д. Кроме того, вызывает интерес исследование структур многокомпонентных систем и вопрос взаимосвязи структуры с электрическими и магнитными характеристиками. Решение этого вопроса позволило разработать методики получения новых материалов для разнообразных технических применений [–]. Сложность структуры многокомпонентных наноразмерных систем стимулирует развитие методов микро- и наноспектроскопии. В настоящее время для определения характеристик поверхности тонких плёнок и особенностей их внутренней структуры применяются такие методы, как атомная и магнитная силовая микроскопия, рентгеновская фотоэмиссионная электронная микроскопия, электронная голография, спин-поляризованная сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия с поляризационным анализом и др. [].
Благодаря свойствам, проявляющимся только в нано- и микроразмерных плёнках, они находят широкое применение в устройствах, работающих в СВЧ диапазоне. Например, магнитомягкие плёнки на основе сплава CoNbZr используются для уменьшения уровня шумов в длинных линиях [], наногранулирован-ные плёнки состава Co–Fe–Al–O могут использоваться для построения устройств с принципом действия, основанном на возбуждении поверхностной акустической волны [,]. Малый уровень потерь сигнала и высокая магнитная восприимчивость в магнитомягких материалах обуславливают использование последних в качестве сердечников в планарных индуктивных элементах и СВЧ фильтрах [].
Одной из важнейших областей применения магнитных плёнок является построение устройств хранения информации. Многослойные магнитныеструктуры, обладающие гигантским магнетосопротивлением, применяются вкачестве хранящих информацию ячеек в магниторезистивной оперативной памяти []. На таких же многослойных структурах построены датчики магнитного поля, используемые для считывания информации в современных жёстких дисках [,]. Также магнитные плёнки используются для построения биосенсоров, датчиков наличия наночастиц-маркеров в медицине, одноэлектронных устройств [15,].
Тема настоящей диссертации соответствует перечню приоритетных фундаментальных исследований, утверждённому Президиумом РАН (раздел 1.2. — «Физика конденсированного состояния», подраздел 1.2.5. — «Физика твердотельных наноструктур, мезоскопия»). Диссертационная работа является частью комплексных исследований, проводимых в ФГБОУ ВПО «Сыктывкар-3
ский государственный университет» на кафедре радиофизики и электроники при финансовой поддержке Министерства образования и науки (тематический план НИР 2008-2011) и грантов РФФИ (10-02-01327, 12-02-01035-а, 13-02-01401-а).
Целью данной работы является исследование взаимосвязи между структурой наногранулированных композитных плёнок и их СВЧ магнитными свойствами, построение теоретической модели для описания магнитных свойств композитных структур в рамках теории микромагнетизма.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
-
исследование методом атомно-силовой микроскопии поверхностной структуры композитных плёнок различного состава при различных концентрациях металлического сплава;
-
анализ изображений, полученных методом атомно-силовой микроскопии (АСМ), рельефа и фазового контраста поверхности плёнок с использованием свободного программного обеспечения Gwyddion, выявление связи распределения размеров гранул с концентрацией металлического сплава в композитных плёнках;
-
исследование СВЧ магнитных характеристик, а также статической проводимости и толщин композитных плёнок;
-
расчёт резонансных полей и ширины линии ферромагнитного резонанса (ФМР) в композитных структурах с учётом распределения размеров частиц и их положения в пределах ансамбля, сравнение с экспериментальными значениями;
-
проведение компьютерного моделирования для определения положения равновесия вектора намагниченности эллипсоида с одноосной анизотропией, а также анализа поведения намагниченности в ансамблях эллипсоидов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Зависимости распределений эффективных размеров металлических гранул в композитных плёнках, полученные путём анализа АСМ-изображений.
-
Зависимость объёмного заполнения композитной плёнки металлической фазой от её атомной концентрации.
-
Прецессионные портреты движения вектора намагниченности эллипсоида с различными видами кристаллографической анизотропии.
-
Зависимость поведения намагниченности эллипсоидов с различным соотношением полуосей во внешнем поле.
5. Методика определения резонансных частот ансамбля эллипсоидов при различных ориентациях эллипсоидов в ансамбле и различных направлениях подмагничивающего поля.
Научная новизна:
-
Получены распределения концентрации частиц композитных плёнок составов (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)y, где 0.26 < x < 0.63, y = 21 - 30x, а также (Co86Ta12Nb2)x (SiO2)100-x, где 0.30 < x < 0.60, по их эффективным радиусам с использованием программного обеспечения Gwyddion на основе анализа АСМ-изображений.
-
Проведено микромагнитное моделирование частиц эллипсоидальной формы с магнитной анизотропией с учётом соотношения его полуосей. Показано, что используемая методика может применяться для нахождения положения равновесия вектора намагниченности в частице, окруженной группой других частиц.
-
Показано влияние распределения размеров частиц на СВЧ магнитные свойства композитных плёнок.
-
Получены уравнения ферромагнитного резонанса для ансамбля эллипсоидальных частиц с учётом их геометрии и расположения в пределах ансамбля.
Практическая значимость
Результаты, полученныевдиссертационнойработе могут быть использованы для получения композитных плёнок с заданными положением и шириной линии ФМР. Методика расчёта положения и ширины резонансной линии может быть использована для оценки размеров гранул в объёме композитной плёнки.
Апробация работы.
Основные результаты работы были представлены для обсуждения на следующих конференциях, школах, семинарах: XXXII международной зимней школе физиков-теоретиков «Коуровка» (Екатеринбург, 2008); XXI международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах» (Москва, 2009); XLIV Зимней школе ПИЯФ РАН, секция физики конденсированного состояния (Санкт-Петербург, 2010); V Евро-Азиатском симпозиуме «Trends in MAGnetism»: Nanomagnetism (EASTMAG-2013); I Всероссийской молодежной научной конференции «Молодежь и наука на севере» (Сыктывкар, 2008); XII и XIII Всероссийской научной конференции студентов-радиофизиков (Санкт-Петербург, 2008, 2009); XLVII Международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, 2009); 15 Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных (Кемерово, 2009), а также на проводимых в Сыктывкарском государственном университете научной конференции памяти Н.А. Фролова (Сыктывкар, 2009);
научной конференции памяти Ф.А. Бабушкина (Сыктывкар, 2010); ежегодных «Февральских чтениях» (Сыктывкар, 2008-2012); на научных семинарах кафедры радиофизики и электроники Сыктывкарского государственного университета.
Личный вклад автора заключается в выборе и формулировке задач, проведении анализа АСМ-изображений композитных плёнок, проведении анализа экспериментальных зависимостей ферромагнитных характеристик плёнок, теоретический расчётрезонансных частот композитных плёнок, проведение компьютерного эксперимента для анализа поведения намагниченности в ансамблях эллипсоидов.
Публикации.
Основные результаты по теме диссертации изложены в 14 печатных работах, 4 из которых изданы в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 1 — в сборнике трудов международной конференции. Также в ходе работы над диссертацией были получены: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013615874 (программа для микромагнитного моделирования mgml), свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013616068 (программа для автоматизации проведения физических экспериментов LPTDial).
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Полный объем диссертации составляет 121 страницу с 54 рисунками и 1 таблицей. Список литературы содержит 102 наименования.
Магнитная анизотропия
В числителе подынтегрального выражения второго интеграла произведение n(r/)M(r/) имеет смысл плотности поверхностных магнитных псевдозарядов. Если намагниченность образца однородна, т. е. М(г/) = М, то первый интеграл обращается в ноль, и, дифференцируя второй интеграл, можно получить поле размагничивания:
Здесь N(r) — тензор размагничивающих факторов, в общем виде зависящий от координат Однородное размагничивающее поле имеет место только в эллипсоидах в случае, если направление намагниченности совпадает с направлением какой-либо его главной оси, тогда тензор N от координат не зависит Если выбрать систему координат такую, чтобы её оси совпадали с главными осями эллипсоида, то тензор N станет диагональным, и поле размагничивания примет вид:
Сумма диагональных компонент тензора N равна Nx + Ny + Nz = 47г. Детальный расчёт размагничивающих факторов эллипсоида приведён в работе [23], компоненты тензора для частных и предельных случаев эллипсоида а также некоторые общие случаи описаны в работе [18].
Если магнитные моменты в веществе стремятся выстроиться вдоль одного или нескольких определённых направлений (т. н. лёгких осей намагничивания), говорят о наличии магнитной анизотропии. Плотность её энергии в общем случае можно выразить через угол между направлением намагниченности M и оси анизотропии:
Если обмен определяет величину намагниченности образца (вклад анизотропии здесь пренебрежимо мал), то анизотропия определяет направление намагниченности (обменное взаимодействие является изотропным). Существует несколько видов магнитной анизотропии различной природы.
Анизотропия формы обусловлена наличием магнитостатического (размагничивающего) поля, зависящего от формы образца. Она даёт существенный вклад в свободную энергию ферромагнетика, если размеры образца малы, и он не может разбиться на магнитные домены (однодоменное состояние). Наиболее просто энергия анизотропии формы выражается для однородно намагниченного эллипсоида с объёмом V и намагниченностью Ms: где А — компоненты тензора размагничивающих факторов. Для расчёта энергии неэллипсоидальных тел используются либо аппроксимация этих тел эллипсоидами или их предельными случаями (цилиндр, плоскость), либо вычисление эффективных размагничивающих факторов. Например, при вы 21 числении свободной энергии тонкой плёнки слагаемое, связанное с формой, выражается формулой [17]: АЬ;цт = { 2\\ cos2(/?sin2?7). (1.36) Источником кристаллографической анизотропии является спин-орбитальное взаимодействие, обуславливающее анизотропию обменного взаимодействия, анизотропное диполь-дипольное взаимодействие (спин-спиновое), а также одноионный вклад (зависимость энергетических уровней ионов в кристалле от углов между намагниченностью и осями кристалла).
Из того, что энергия анизотропии инвариантна по отношению к обращению времени, а намагниченность при этом преобразовании меняет знак (поскольку изменяется направление микроскопических токов в магнетике), следует, что энергия анизотропии должна быть чётной функцией компонент М.
В одноосных кристаллах анизотропия зависит только от угла между намагниченностью и осью лёгкого намагничивания и называется одноосной: wu = Kicos $ + К і cos # К\{\ — mz), (1.37) где К\ и К2 — константы анизотропии 2-го и 4-го порядка, зависящие от параметров вещества и температуры. Степенной ряд в выражении (1.37) можно продолжить, однако это не требуется для описания ни одного из известных ферромагнетиков. Более того, как правило, \К2\ С \К\\. Зависимость энергии одноосной анизотропии от направления проиллюстрирована на рис. 1.2.
В кубических кристаллах степенной ряд для энергии анизотропии не должен изменяться при перестановке осей х и у и т. д., если направление осей х, у и z совпадает с направлением кристаллографических осей кристалла. Первый член этого ряда т2 + т2 + m2z величина постоянная, и, переопределяя
Структура гранулированных композитных плёнок
Для проведения исследований СВЧ магнитных характеристик аморфные плёнки на ситалловой подложке были распилены вдоль градиента концентрации металлической фазы на образцы размером 2.55 мм. Снятие магнитныхрезонансных характеристик образцовосуществленонарадиоспек-трометре РЭ 1306.
Структурная схема экспериментальной установки приведена на рис. 2.18. Источником СВЧ-колебаний служит генератор на отражательном клистроне (рабочая частота 9.4 ГГц). СВЧ-мощность через аттенюатор и циркулятор подаётся по волноводному тракту в цилиндрический резонатор типа H100 с высокой добротностью. Часть мощности клистрона отводится на частотомер. Стабилизация частоты генерируемых колебаний производится блоком автоматической подстройки частоты (АПЧ).
Резонатор расположен в зазоре электромагнита, создащего поляризую 61 осциллограф или на планшетный самописец.
Наблюдение сигналов ЭПР при температурах — 170 -200C производится на исследуемом образце, помещённом в поток парообразного азота, имеющего необходимую температуру. В сосуде Дьюара жидкий азот превращается в парообразный и поступает через камеру термостатирования в рабочий резонатор. Для наблюдения сигналов образца, охлаждённого до температуры жидкого азота, предусмотрено наличие небольшого кварцевого сосуда Дьюара с входящим в резонатор отростком, в который помещается конец пробирки с образцом.
Характерный вид ЭПР-сигналов, получаемых от образцов плёнок (Co45Fe45Zrю)ж (Al2O3) с различным содержанием металлической фазы, изображён на рис. 2.19. Из рисунка видно, что при увеличении концентрации ширина линии ФМР существенно уменьшается. Вид кривой 3 (слабо выраженный дополнительный пик) позволяет говорить о возбуждении дополнительных мод колебаний намагниченности в плёнке. Детальный анализ концентрационных зависимостей приведён ниже.
График зависимости резонансного поля от концентрации металлической фазы приведён на рис. 2.20. Область концентраций х = 0.38 ... 0.40 соответствует порогу перколяции, при превышении этого порога спад величины резонансного поля уменьшается.
Концентрационная зависимость резонансного поля плёнок составов (Co45Fe45Zr10)x (Al2O3)y. График концентрационной зависимости намагниченности приведён на рис. 2.21. Экстраполяция данной зависимости к концентрации x = 1.0 позволяет оценить намагниченность насыщения сплошной плёнки и даёт значение порядка Ms = 1645 Гс, тогда как значение намагниченности насыщения двойного сплава Fe-Co составляет 1950 Гс [61]. Данное различие может быть обусловлено влиянием атомов циркония, которым нельзя пренебрегать при достаточно высоких концентрациях металла. Существует ряд экспериментальных работ [62, 63, 64], в которых зафиксировано снижение намагниченности насыщения плёнок различного состава (в том числе и Fe-Co) при внедрении примеси циркония.
График концентрационной зависимости ширины линии резонансного поглощения по полю приведён на рис. 2.22. Можно видеть, что ширина резонансной линии увеличивается при концентрации магнитной фазы x = 30...34%, затем медленно уменьшается. При пороговой концентрации имеет место небольшой локальный максимум. Увеличение ширины линии до порога перколяции связано со случайным распределением гранул по объёму плёнки (дипольное уширение [65, 66]) и разбросом гранул по размерам, что приводит к наличию различных локальных размагничивающих полей. Первый вклад можно оценить согласно работе [67]: где VmиVd — объём металла и диэлектрика в плёнке соответственно.
Вклад (2.6) показан на рис. 2.22 кривой в области низких концентраций. Видно, что данная зависимость качественно согласуется с экспериментальными результатами. Аналогичные результаты получают для плёнок с низким содержанием магнитной фазы различных составов (напр., [68]).
Уменьшение ширины резонансной линии при концентрациях металлической фазы, превышающих порог перколяции, можно объяснить т.н. «обменным сужением» [55, 69, 70]. Так, в работе [71] в качестве критерия оценки ширины резонансной линии выбран её коэффициент эксцесса Ех. Для поликристаллического образца сферической формы степень остроты резонансного пика пропорциональна квадрату намагниченности: где ujex = 2Eex/h — обменная частота, Еех — энергия обменного взаимодействия. Также можно воспользоваться зависимостью ширины линии от удельного сопротивления и намагниченности плёнки, предложенной в работе [72]: удельное сопротивление плёнки. График концентрационной зависимости ширины линии ФМР, рассчитанной данным методом изображён на рис. 2.22 кривой в области высоких концентраций.
Рассмотрим влияние температуры отжига на ширину резонансной линии. Графики соответствующих зависимостей для двух концентраций металлической фазы представлены на рис. 2.23а,б. Плавный рост ширины ли 67 нии при х = 0.31 (до порога перколяции) можно связать с образованием изолированных металлических гранул в диэлектрической матрице.
Небольшой скачок в области Тапп = 600 К, вероятно, происходит из-за кристаллизации металлического сплава на границе с диэлектриком. Зависимость ширины линии от температуры отжига за порогом перколяции (при концентрации металла х = 0.50) менее монотонна. Это связано, в первую очередь, с большей неоднородностью структуры плёнки, возникающей из-за сплавления небольших металлических гранул в более крупные образования различной формы и различными размагничивающими факторами. Последний процесс начинает активно происходить при превышении температуры отжига некоторого критического значения. Кроме того, как и в предыдущем случае, происходит частичная кристаллизация гранул, причём благодаря более высокой концентрации металла, количество кристаллического вещества на единицу объёма плёнки здесь также выше, следовательно, влияние магнитокристал-лической анизотропии проявляется сильнее. Дополнительный вклад в ширину линии вносит случайная ориентация кристаллических осей для различных гранул.
Влияние температуры на поведение намагниченности
На рис. 4.15 изображены прецессионные портреты суммарной намагниченности ансамблей с различным количеством частиц (5 х 5 и 15 х 15). Изначально ансамбли намагничены однородно вдоль оси z. Из графиков видно, что слабое поле величины Н = —1 не может перемагнитить ансамбли, и вектор намагниченности прецессирует вокруг положения равновесия. Отметим также, что положения равновесия суммарной намагниченности двух ансамблей несколько различаются. Для малого ансамбля направление равновесия имеет больший наклон по отношению к оси z, что связано с влиянием полей размагничивания, конкурирующих с полем обмена.
Если величина поля превышает некоторое пороговое значение, становится возможным перемагничивание ансамблей. В случае малого ансамбля 5 5 неоднородность внутренних полей приводит к большой амплитуде прецессии намагниченности вокруг направления подмагничивающего поля на протяжении всего процесса перемагничивания.
В ансамбле 15 15 также наблюдается разброс внутренних полей, однако после изменения знака компоненты mz амплитуда колебаний вектора намагниченности резко уменьшается и остаётся практически неизменной до окончания процесса перемагничивания. Это вызвано действием обменного поля, выстраивающего магнитные моменты параллельно
Рассмотрим цепочку из 50 взаимодействующих эллипсоидов и исследуем влияние коэффициента обменного взаимодействия на динамику их магнитной структуры. Результаты моделирования представлены на рис. 4.16. На данных графиках точкам на оси абсцисс соответствует положение эллипсоидов в ансамбле (т.е. ансамбль «вытянут» вдоль оси x графика), по оси ординат отложено время, намагниченность вдоль оси y обозначена согласно цветовой схеме.
Можно видеть, что и при сильной, и при слабой связи между гранулами существует разделение ансамбля на «ядро»и «оболочку».
Когда коэффициент обмена мал, мы наблюдаем сильную неоднородность внутренних полей. Однако, в центральной части ансамбля есть область, в которой влияние обмена проявляется сильнее из-за близости большего количества частиц, чем по краям. В этом «ядре» колебания намагниченности, связанные с перемагничиванием ансамбля вдоль оси z, затухают раньше, чем в «оболочке».
В случае большого обменного параметра неоднородность внутренних полей проявляется значительно слабее. «Ядро» такой частицы более инертно, чем «оболочка», поэтому колебания намагниченности в нём затухают позже, чем по краям частицы.
4.4 Выводы
Таким образом, в главе описана методика расчёта резонансных частот в ансамбле эллипсоидов. Показано, что расположение и форма частиц во многом определяет резонансные свойства ансамбля. Сопоставление полученных теоретических результатов с экспериментальными данными показывает, что для концентраций композитной фазы 0.3 x 0.55 описанная модель даёт удовлетворительный результат.
Ферромагнитный резонанс в композитной структуре
В последние десятилетия исследователи проявляют большой интерес к изучению свойств низкоразмерных магнитных систем, таких как моно-, поликристаллические и аморфные магнитные плёнки, композитные и многослойные структуры [1, 2, 3, 4]. Значение исследований этих гетерогенных сред для фундаментальной физики конденсированного состояния обусловлено проявлением в них нелинейных и квантовых эффектов: гигантского и туннельного магнетосопротивления, эффекта Рашбы и спинового эффекта Холла, и т.д. Кроме того, вызывает интерес исследование структур многокомпонентных систем и вопрос взаимосвязи структуры с электрическими и магнитными характеристиками. Изучение вышеперечисленных проблем позволило разработать методики получения новых материалов для разнообразных технических применений [5, 6, 7, 8].
Исследование и внедрение в производственные технологии наноразмер-ных объектов позволило за последние два десятилетия значительно расширить рынок магнитных материалов, запоминающих устройств и магнитных датчиков, имеющий на сегодняшний день оборот порядка 30 миллиардов долларов США в год. Значительные усилия научных работников направлены на дальнейшее изучение процессов, протекающих на нано- и субмикронном уровнях, что не только даёт долгосрочный вклад в экономическое развитие и стимулирует повышение вычислительных мощностей современных компьютеров, но и способствует накоплению знаний в фундаментальных областях науки.
Сложность структуры многокомпонентных наноразмерных систем стимулирует развитие методов микро- и наноспектроскопии. В настоящее время для определения характеристик поверхности тонких плёнок и особенностей их внутренней структуры применяются такие методы, как атомная и магнитная силовая микроскопия, рентгеновская фотоэмиссионная электронная микроскопия, электронная голография, спин-поляризованная сканирующая туннельная микроскопия, сканирующая электронная микроскопия с поляризационным анализом и др. [9].
Благодаря свойствам, проявляющимся тольковнано-и микроразмерных образцах, тонкие плёнки находят широкое применение в устройствах, работающих в СВЧ диапазоне. Например, магнитомягкие плёнки CoNbZr используются для уменьшения уровня шумов в длинных линиях [10], наногранули-рованные плёнки состава Co–Fe–Al–O могут использоваться для построения устройств с принципом действия,основанномна возбуждении поверхностной акустической волны [2, 11]. Малый уровень потерь сигнала и высокая магнитная восприимчивость в магнитомягких материалах обуславливают использование последних в качестве сердечников в планарных индуктивных элементах и СВЧ фильтрах [12].
Одной из важнейших областей применения магнитных плёнок является построение устройств хранения информации. Многослойные магнитные структуры, обладающие гигантским магнетосопротивлением, применяются в качестве хранящих информацию ячеек в магниторезистивной оперативной памяти [13]. На таких же многослойных структурах построены датчики магнитного поля, используемые для считывания информации в современных жёстких дисках [6, 14]. Также магнитные плёнки используются для построения биосенсоров, датчиков наличия наночастиц-маркеров в медицине, одно-электронных устройств [15, 16].
Также магнитные плёнки используются для построения биосенсоров, датчиков наличия наночастиц-маркеров в медицине, одноэлектронных устройств [15, 16].
При изучении подобных материалов необходимо проводить комплексные исследования, включающие анализ структуры композитных плёнок, определение геометрических и структурных особенностей гранул, а также фиксациюихизменений под действием внешних факторов (термическая обработка, окисление в воздушной среде и других). Сложной задачей является определение общих закономерностей поведения намагниченности композитных плёнок и обоснование связи магнитных характеристик со структурными особенностями. Часто построение теории аналитическим методом в рамках приближения микромагнетизма затруднено, в таких случаях возможно применение компьютерного моделирования для проверки аналитических результатов, выявления новых особенностей таких систем и т.д.
Тема настоящей диссертации соответствует перечню приоритетных фундаментальных исследований, утверждённому Президиумом РАН (раздел 1.2. — «Физика конденсированного состояния», подраздел 1.2.5. — «Физика твердотельных наноструктур, мезоскопия»). Диссертационная работа является частью комплексных исследований, проводимых на кафедре радиофизики и электроники ФГБОУ ВПО «Сыктывкарский государственный университет» при финансовой поддержке Министерства образования и науки (тематический план НИР 2008–2011) и грантов РФФИ (13-02-01401а, 12-02-01035а).
Объект исследования Объект исследования — металл-диэлектрические нанокомпозитные плёнки составов (Co45Fe45Zr10)x (Al2O3)y, где 0.26 x 0.63, y = 21 - 30x. Предметом исследования является вопрос взаимосвязи СВЧ магнитных характеристик нанокомпозитных плёнок со структурой последних. Цели и задачи настоящего исследования Целью данной работы является исследование взаимосвязи между структурой наногранулированных композитных плёнок и их СВЧ магнитными свойствами, построение теоретической модели для описания магнитных свойств композитных структур в рамках теории микромагнетизма. Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
Похожие диссертации на Исследование распределений размеров частиц и магнитных свойств композитных плёнок с различными металлическими и диэлектрическими фазами
