Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Физические свойства пленок сплавов гадолиний-кобальт и гадолиний-железо 10
1.1. Магнитные и магнитооптические свойства 10
1.1.1. Технология получения и анизотропия тонкопленочных образцов 10
1.1.2. Влияние состава на свойства пленок 13
1.1.3. Многокомпонентные пленки 18
1.1.4. Температурные зависимости параметров пленок 20
1.1.5. Магнитная структура исследуемых пленок . 26
1.2. Термомагнитная запись на аморфных пленках РЗМ-ПМ 29
1.3. Постановка задачи 32
Глава 2. Исследуемые пленки, аппаратура и методики исследования 34
2.1. Аппаратура и методики исследования 34
2.1.1. Измерение угла фарадеевского вращения . 34
2.1.2. Импульсное тепловое воздействие 38
2.2. Исследуемые пленки 41
2.2.1. Магнитооптические и оптические свойства исследуемых пленок 43
2.2.2. Однородность исследуемых пленок 46
Глава 3. Процессы перемагничивания вблизи температуры магнитной компенсации 56
3.1. Зависимость вблизи температуры магнитной компенсации 57
3.2. Температурный магнитный гистерезис угла фарадеевского вращения 62
3.3. Модель перемагничивания в исследуемых пленках при переходе через ТСотр 71
3.4. Влияние скорости изменения температуры на гистерезисные свойства 80
3.5. Необратимое смещение температуры магнитной компенсации 84
Выводы 90
Глава 4. Процессы перемагничивания при импульсном тепловом воздействии 91
4.1. Перемагничивание на температурном спаде коэрцитивной силы 91
4.2. Механизмы перемагничивания в пленках Gd-Co 101
4.3. Использование пленок сплавов для термомагнитной записи оптической информации 107
4.3.1. Энергетическая чувствительность ЖЗ 108
4.3.2. Диапазон записываемых уровней энергии 109
4.3.3. Возможность осуществления голографической записи 113
4.3.4. Двухслойные магнитооптические среды 115
Выводы 120
Заключение 122
Литература 124
- Технология получения и анизотропия тонкопленочных образцов
- Термомагнитная запись на аморфных пленках РЗМ-ПМ
- Магнитооптические и оптические свойства исследуемых пленок
- Температурный магнитный гистерезис угла фарадеевского вращения
Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение свойств сплавов редкоземельный элемент (РЗМ) - переходной металл (Ш) является в настоящее время одним из основных направлений в исследовании физики аморфных магнетиков. Аморфная фаза в пленках этих сплавов устойчива в довольно широком интервале составов и температур. Начавшееся в 70-х годах интенсивное исследование свойств аморфных пленок сплавов РЗМ-ПМ связано, в первую очередь, с возможностью применения их в качестве элементов памяти запоминающих устройств на цилиндрических магнитных доменах (ІВД).
Пленки сплавов РЗМ-ПМ привлекают внимание и как материал для термомагнитной записи (1МЗ) оптической информации. Традиционным материалом для ТМЗ до настоящего времени являлись поликристаллические пленки марганец-висмут, нашедшие уже практическое применение для голографической интерферометрии и контроля качества оптических материалов в широком спектральном диапазоне. Однако невысокая энергетическая чувствительность и чрезвычайно узкий диапазон записываемых уровней энергии не позволяют применять пленки Мп-Ь' в схемах со стандартными источниками когерентного излучения. Поэтому в настоящее время интенсивно исследуются аморфные пленки сплавов РЗМ-ПМ, имеющие ряд значительных преимуществ перед кристаллическими материалами. Особо следует отметить работы по ТМЗ на аморфных пленках тербий-железо.
Изучение процессов перемагничивания в аморфных пленках РЗМ-ПМ вблизи температуры магнитной компенсации ТСотр при тепловом воздействии представляет интерес как с точки зрения развития представлений о магнитных свойствах аморфных магнитоупорядочен-ных веществ, так и с точки зрения выяснения возможных механизмов
- 5 -термомагнитной записи оптической информации.
Цель работы и выбор объекта исследования. Основной целью настоящей работы является исследование процессов перемагничива-ния в пленках сплавов гадолиний-кобальт и гадолиний-железо в области температуры магнитной компенсации при квазистатическом и импульсном тепловом воздействии. Изучение данного вопроса представляет значительный интерес с точки зрения исследования свойств двухслойных обменносвязанных систем, каковыми являются пленки G-ci-Co и (rc/-?e. Кроме того, рассмотрение процессов перемагни-чивания при импульсном тепловом воздействии позволяет ответить на вопрос о возможности применения этих пленок в качестве носителя оптической информации с термомагнитным способом записи.
Выбор пленок Gd-Co и Gd-Фе в качестве объекта исследования обусловлен:
стабильностью аморфной фазы в пленках этих сплавов в довольно широком интервале составов и температур;
возможностью варьирования температуры магнитной компенсации за счет изменения состава образца;
реализацией одноосной перпендикулярной анизотропии на толщинах, при которых образцы являются достаточно прозрачными. Это дает возможность использовать магнитооптический эффект Фарадея
в качестве инструмента для изучения процессов перемагничивания вблизи Тсотр.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
Исследовать процессы перемагничивания в пленках сплавов гадолиний-кобальт и гадолиний-железо в области температуры магнитной компенсации.
Изучить механизмы перемагничивания в этих пленках при
- б -
импульсном тепловом воздействии.
3. Исследовать возможность использования пленок QA-Co и Gd-^e в качестве регистрирующей среды для термомагнитной записи оптической информации.
Научная новизна. Новизна работы заключается в следующем:
впервые проведено систематическое экспериментальное исследование магнитного У(Н) и температурного магнитного У>(т) гистерезиса угла фарадеевского вращения вблизи ТСОтр *
используя полученные зависимости У(Т) » построены диаграммы коэрцитивной силы Н(Т) t находящиеся в хорошем качественном согласии с предложенной моделью перемагничивания в двухслойной обменносвязанной пленке;
впервые наблюдались инверсные петли температурного магнитного гистерезиса угла фарадеевского вращения, и установлено, что они появляются в полях выше 10 Э при скорости изменения температуры в интервале от 2 до 5 град/мин;
впервые экспериментально показано, что перемагничивание в пленках гадолиний-кобальт имеет место при переходе через температуру, при которой размагничивающее поле равно эффективному полю анизотропии.
Практическая значимость работы. Впервые на пленках &d-Co и Gd-fe осуществлена запись интерферограмм с разрешением 500 лин/мм, то есть показана возможность использования этих пленок для голографической записи оптической информации; впервые предложена и экспериментально подтверждена возможность использования пленок Gd-Co и Gd-'S'G для исследования пространственного распределения энергии импульсного лазерного излучения при помощи диссекционного метода записи изображения; получена двухслойная пленочная магнитооптическая среда " Gd -Со + висмутсодержащий гранат", позволяющая значительно повысить эффективность считы-
- 7 -вания записанной информации, и произведена на ней побитовая запись и запись интерферограмм; показана возможность направленного изменения свойств пленок путем термообработки. На защиту выносятся:
Результаты систематического исследования магнитного и температурного магнитного гистерезиса угла фарадеевского вращения в пленках Gd-Co и Gd-'S-e вблизи температуры магнитной компенсации.
Феноменологическая модель процессов перемагничивания в двухслойных обменносвязанных пленках.
Механизмы перемагничивания в исследуемых образцах при импульсном тепловом воздействии.
Результаты исследования возможности использования этих пленок для записи оптической информации.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на зональных совещаниях педвузов Сибири и Дальнего Востока по физике магнитных материалов (Иркутск,1979,1980,1982 и 1984 гг.); П-ой Всесоюзной школе-семинаре по доменным и магнитооптическим запоминающим устройствам (Сигнахи,1977 г.); П-ом Всесоюзном семинаре по цилиндрическим магнитным доменам (Москва, 1978 г.); 1У-ой Всесоюзной школе-семинаре по новым материалам для микроэлектроники (Саранск,1979 г.); УШ-ой Всесоюзной школе-семинаре по новым материалам для микроэлектроники (Донецк,1982); Ш-ем Всесоюзном семинаре по аморфному магнетизму (Самарканд, 1983 г.). Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 9 работах.
Основное содержание работы.Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы.
Первая глава носит обзорный характер. В ней рассмотрены
и систематизированы литературные данные по магнитным и магнитооптическим свойствам пленок сплавов Gel-Со и Gd-&Є .
Вторая глава содержит описание экспериментальных установок и методик проведения исследований. Обоснован выбор величины отрицательного напряжения смещения на подложке в процессе получения образцов. Приведены данные по величине эффекта Фарадея в пленках тройных сплавов.
Третья глава посвящена обсуждению результатов исследования магнитного и температурного магнитного гистерезиса угла фа-радеевского вращения вблизи температуры магнитной компенсации. Используя петли температурного гистерезиса У(Т) , построены диаграммы коэрцитивной силы И(Т) . Предложена феноменологическая модель перемагничивания в двухслойных обменносвязанных пленках Gd-Co и Gd-^e . Предложенная модель находится в хорошем качественном согласии с экспериментом. Показана зависимость гистерезисных свойств пленок от скорости изменения температуры. Отмечены условия появления инверсных петель У(Т) при изменении скорости нагревания образцов. Исследовано необратимое смещение температуры магнитной компенсации в результате отжига.
В четвертой главе обсуждаются механизмы и процессы перемагничивания в локальных участках пленок Gd-Co и Gd-^e при импульсном тепловом воздействии. Исследуется влияние величины внешнего магнитного поля при перемагничивании на температурном спаде коэрцитивной силы. Предложена и подтверждена модель образования сложной доменной структуры в пленках Gd-Co при импульсном тепловом воздействии. Рассматривается необратимое смещение Тсотр в локальном участке образца. Обсуждается возможность применения исследуемых пленок для последовательной и голографичес-кой записи оптической информации. Показана возможность примене-
ния этих пленок для исследования пространственного распределения энергии лазерного импульсного излучения при помощи диссек-ционного метода записи изображения. Исследуется возможность повышения эффективности считывания записанной информации путем создания двухслойных магнитооптических сред типа: "аморфная пленка гадолиний-кобальт + висмутсодержащий гранат".
В заключении обобщены основные выводы диссертационной работы.
Технология получения и анизотропия тонкопленочных образцов
Аморфные пленки сплавов гадолиний-кобальт и гадолиний-желе-зо могут быть получены как термическим испарением в вакууме, так и ионно-плазменным распылением смеси или сплава элементов [l-6j. На начальном этапе исследования аморфные пленки получались термическим испарением в вакууме. Смесь или сплав элементов испаряется из вольфрамовых тиглей в вакууме порядка 10 мм рт. ст. и конденсируется на водоохлаждаемые подложки [7J. Пленки Ga-Co , полученные этим методом, имеют, как правило, плоскостную анизотропию. Наиболее распостраненным в настоящее время методом ионно-плазменного распыления является распыление мозаичной (составной) мишени. Мишень в этом случае представляет собой пластину кобальта (железа), на которой расположены кусочки гадолиния, чаще всего в виде таблеток. Для получения многокомпонентных пленок кусочки замещающего элемента размещаются равномерно на мишени. Предварительный вакуум обычно не хуже 10 мм рт.ст.. При распылении давление по аргону 10 мм рт.ст. [8J. Подложки в процессе получения пленок охлаждаются проточной водой. Скорость осаждения составляет 5 f7 нм/мин. В случае использования мозаичной мишени состав полученного бинарного образца может быть вычислен по соотношению площадей, занимаемых компонентами на мишени [8J: где СГои CQJ - относительные концентрации кобальта и гадолиния; Vjj, - напряжение на мишени; К - константа, зависящая от геометрии системы;" - напряжение смещения на подложке. Пленки, полученные ионно-плазменным распылением имеют лучшую однородность по площади, чем термически испаренные.
При ионно-плазменном распылении мозаичной мишени большую роль в формировании магнитных свойств играет напряжение смещения на подложке f9J. Содержание гадолиния в пленках Gd-Co , как было установлено, с ростом напряжения смещения монотонно уменьшается. Величина Vg влияет также на содержание аргона в получаемых образцах. Максимальное содержание аргона при этом наблюдается при \ 3$ -200В. Рост напряжения смещения приводит кроме того и к уменьшению содержания кислорода flOJ. Некоторые авторы [ilj считают, что магнитная неоднородность пленок может быть обусловлена неоднородным распределением кислорода по объему образца. Величина напряжения смещения сказывается и на величине константы перпендикулярной анизотропии Ки и намагниченности насыщения ГГІ. Максимальное значение А1в наблюдается при Vh -ZOOB. Намагниченность насыщения при комнатной температуре TQ имеет максимальное значение для пленок, полученных из мишени, содержащей 78 ат% Со , при напряжении смещения "\ а:-Ю0В. Для пленок Gd-9-Є зависимости /Vfs и Ku от Vg значительно отличаются от наблюдаемых для образцов G-d-Co . В этом случае Ms возрастает в интервале значений Vg от 0 до -200В. Ки, наоборот, в этом интервале уменьшается. При дальнейшем росте напряжения смещения эти параметры изменяются незначительно. Парциальное давление аргона в процессе получения пленок также влияет на свойства и структуру образцов. В частности, его увеличение приводит к уменьшению плотности пленок [9J. Таким образом, метод ионно-плазменного распыления имеет ряд существенных преимуществ перед термическим испарением: - более высокая однородность получаемых образцов по площади, что имеет важное значение для их практического применения; - возможность получения многокомпонентных пленок; - возможность изменения магнитных свойств образцов варьированием величины напряжения смещения на подложке. До сих пор нет единого мнения относительно природы одноосной перпендикулярной анизотропии в аморфных пленках сплавов Gd -- Со и Gd-Зє.
Если в [l2,I3] считают ее источником композиционный и структурный порядок, то авторы работ [14-16] придерживаются мнения, что основным механизмом, определяющим возникновение перпендикулярной анизотропии, является парное упорядочение атомов. Ряд исследователей [l7-20] считает источником перпендикулярной анизотропии образование столбчатой структуры, то есть анизотропию формы. При помощи электронной микроскопии было показано, что в этих образцах действительно существуют столбчатые образования диаметром 3 25 нм [Zl\. Отмечается также [22J, что возникающие при получении пленок GJe напряжения играют более важную роль в возникновении перпендикулярной анизотропии, чем в пленках (?d - Со. Авторы работы [9J считают, что основным препятствием для корректного определения механизма возникновения перпендикулярной анизотропии является невозможность изолировать и изменять один из технологических параметров, удерживая остальные фиксированными. Следовательно, едва ли не основной вопрос в теории аморфных пленок сплавов РЗМ-ПМ - природа одноосной перпендикулярной анизотропии - на настоящее время остается нерешенным. Изучение магнитных и магнитооптических свойств пленок сплавов гадолиний-кобальт и гадолиний-железо [23-27J показало, что такие важные параметры как: намагниченность насыщения, константа перпендикулярной анизотропии, величина магнитооптических эффектов и т.д., существенно зависят от состава образца. Поскольку эти характеристики зависят в значительной мере и от температуры, то, в дальнейшем, если температура не будет оговариваться особо, их значения будут даваться при комнатной температуре Т0. Так как обсуждаемые аморфные системы имеют магнитную структуру нескомпенсированного антиферромагнетика (ферримагнетика), то в значительном интервале составов существует температура, при которой намагниченность образца равна нулю -температура магнитной компенсации- ТСО/лр Состав, у которого температура магнитной компенсации равна комнатной, принято называть компенсационным составом и обозначать Ск . Компенсационными составами являются: (rd2&Co78 [28,29]; Gd6Te [з] - для пленок, полученных ионно-плазменным распылением мозаичной мишени и Gd e [24J - термическим испарением в вакууме.
Термомагнитная запись на аморфных пленках РЗМ-ПМ
Аморфные пленки сплавов РЗМ-ПМ привлекают внимание также с точки зрения возможного их применения в качестве носителя оптической информации с термомагнитным способом записи. В работе [59J рассмотрены аморфные пленки сплавов РЗМ-ПМ в плане требований, предъявляемых к материалам для термомагнитной записи оптической информации: 1. Наличие одноосной перпендикулярной анизотропии. Необходимое условие Ku «?f»nts может быть легко реализовано в аморфных пленках сплавов РЗМ-ПМ, имеющих температуру магнитной компенсации вблизи комнатной. 2. Величина коэрцитивной силы. Большое значение Нс необходимо, чтобы запись была стабильна по отношению к коллапсу или росту домена при удалении внешнего магнитного поля. В ферримагнитных аморфных пленках Нс максимальна вблизи Тсота и достигает величины 1500Э для пленок (rd-Co и G-q - , полученных методом ионно-плазменного распыления мозаичной мишени, 5500Э дляТе-З-б и т.д. 3. Для считывания информации желательна прямоугольная петля гистерезиса , что легко реализуется в большинстве аморфных пленок РЗМ-ПМ. 4. Для того, чтобы сделать эффективным использование лазеров разумной мощности для записи необходимо, чтобы произведение коэф фициента оптического поглощения на толщину пленки было в преде лах от I до 5. В аморфных пленках коэффициент оптического погло- 5 -Т щения v 5»10 см , поэтому оптимальная для ТМЗ толщина этих пленок должна быть 100 нм. 5. Теплопроводность. В аморфных пленках теплопроводность мала по сравнению с кристаллическими материалами. Это объясняется очень малой длиной свободного пробега электронов в аморфных ма териалах, которая в них порядка межатомного расстояния. Впервые запись была произведена на пленках Gel-Со [28]. Затем последовали Gd-Se [б0-б2] ; Тб- Уе [бЗ,б4] ; Но-Со [бб] ; фи-Те [бб]. Основным механизмом термомагнитной записи в этих работах являлась запись в точке Кюри [ Зі] при помощи импульсов лазерного излучения. Нагрев локальных участков пленки при ЖЗ могшо также осуществлять электронным пучком [67,68]. Этот метод позволяет легко определить число возможных циклов запись-стирание без заметных изменений параметров образца. Для пленки (та-їе это число превышает Ю5 [б7]. Необходимо отметить, что магнитооптическая добротность этих пленок мала.
Следовательно,и эффективность считывания записанной информации и дифракционная эффективность, определяемая отношением востановленной волны к падающей [б9], значительно уступают традиционно используемым в настоящее время для побитовой и голог-рафической записи [70] поликристаллическим пленкам А1п- В і. Однако при этом необходимо отметить, что у пленок ІУ1 п - В і черезвы-чайно мал диапазон записываемых уровней энергии (отношение предельной энергии записи к энергетической чувствительности). Проблема повышения магнитооптической добротности может быть решена путем создания двухслойных магнитооптических сред: "аморфная пленка + прозрачный материал с большим значением магнитооптической добротности"[7і].В качестве такого прозрачного материала может использоваться висмутсодержащий феррит-гранат,обладающий большим значением Пр. При этом в двухслойной системе запись производится со стороны аморфной пленки, а считывание - со стороны гранатовой пленки. Тем самым сохраняется высокая энергетическая чувствительность ТМЗ, свойственная аморфным пленкам. В настоящее время уже создан ряд двухслойных структур, где в качестве регистрирующего слоя использовались: fYln - bi [72J; T6-3e [73,74] и2) -?е [75].
Анализируя имеющиеся литературные данные по ТМЗ на пленках сплавов редкоземельный элемент-переходной металл, можно отметить: - Невысокая энергетическая чувствительность и черезвычайно узкий диапазон записываемых уровней энергии пленок lYIn - &i определяет актуальность исследования аморфных пленок РЗМ-ПМ с точки зрения возможного использования для ТМЗ; - Оптимальная для ТМЗ толщина пленок РЗМ-ПМ такова, что они еще достаточно прозрачны; - Отсутствуют литературные данные о систематическом исследовании процессов перемагничивания в пленках Gd-Co и Gd-Зє при импульсном тепловом воздействии; - Не изучены такие основные характеристики ТМЗ, как: энергетическая чувствительность и ее зависимость от величины поля записи, величина диапазона записываемых уровней энергии и дифракционная эффективность, разрешающая способность этих пленок. Отсутствие необходимых сведений об этих параметрах не позволяет на данном этапе ответить корректно на вопрос о пригодности исследуемых пленок для термомагнитной записи. Исследование процессов перемагничивания в аморфных пленках РЗМ-ПМ вблизи температуры магнитной компенсации при тепловом воздействии представляет несомненный интерес как с точки зрения развития представлений о магнитных свойствах аморфных магнитоупоря-доченных веществ, так и с точки зрения возможных применений этих материалов. Относительная простота варьирования температуры магнитной компенсации за счет изменения состава в пленках Gd -Со и Gd-Se значительно упрощает исследование. Возможность реализации одноосной перпендикулярной анизотропии на образцах, обладающих достаточной прозрачностью (толщина 100 нм) позволяет использовать для рассмотрения процессов перемагничивания магнитооптический эффект Фарадея. Методы исследования, связанные с определением суммарной намагниченности образца, в этой области температур (Т- ТСотР » Ms-»0 ) малоэффективны. Магнитооптический метод дает возможность изучать поведение магнитного момента подрешетки переходного металла во всем температурном интервале. Исследование процессов перемагничивания в пленках Gel-Со и G-ae при импульсном тепловом воздействии имеет большое практическое значение с точки зрения выяснения возможности применения их в качестве носителя оптической информации с термомагнитным способом записи.
Магнитооптические и оптические свойства исследуемых пленок
Компенсационными составами, определяемыми по смене знака, как говорилось выше, являются пленки следующих составов: GO CO Q и 0 76 Для пленок, полученных ионно-плазменным распылением мозаичной мишени; GaQQ B - для образцов, полученных термическим испарением [8IJ. Максимальное значение магнитооптической добротности на длине волны 623 нм наблюдается для пленок составов: Gd25Cor5 (1,0 град) и &с1зг?е6Ъ (1,2 град) [8l].
Исследование зависимости коэффициента оптического поглощения от длины волны падающего света на пленках (xd-Со и Gd-!re [82J, рис.8, показывает отсутствие экстремальных значений в области длин волн от 400 до 1000 нм.
Как говорилось выше, введение третьего элемента в бинарные сплавы существенным образом изменяет магнитные и магнитооптические свойства последних. В качестве третьего элемента в работе использовались такие элементы, как: висмут, никель, молибден, медь, олово. Измерение угла фарадеевского вращения производилось на пленках непосредственно после получения, что позволяло получать удельное значение угла фарадеевского вращения с незначительной погрешностью.
Замещение кобальта (железа) молибденом и медью в пленках Gel-Со и Gd -9, как показали исследования, приводит к уменьшению угла фарадеевского вращения. Использование в качестве замещающего элемента никеля и висмута несколько увеличивает Qp [83,84j. На рис.9 показаны зависимости величины Эр в пленках Gd-Co -М , frd -Те -М и Gd-ТЄ -Ві от содержания в них замещающего элемента. Аналогично результатам, полученным в работе [4J для пленок, исследуемых в работе,наблюдается "насыщение" фарадеевского вращения при у около 0,5 ат%. Насыщение Dp наблюдается и в пленках G-d-Co -Ni, G-d -Те -Л// , рис.9, при у = 3 ат$. Максимальное возрастание величины угла фарадеевского вращения наблюдается в пленках, замещенных висмутом. В то же время, применение висмута в качестве третьего элемента приводит к некоторому возрастанию оптического поглощения, что, в свою очередь, понижает величину магнитооптической добротности. Таким образом, замещение кобальта (железа) висмутом, никелем не может решить проблему повышения эффективности считывания записанной информации.
Как показано в главе I, пленки сплавов (xd - Со и &d -Те являются неоднородными по толщине. Исследование петель магнитного гистерезиса угла фарадеевского вращения вблизи температуры магнитной компенсации позволяет судить о степени этой неоднородности. На рис.10 показаны типичные для исследуемых пленок петли У ( И) , а также кривые вращающих моментов. Сразу после получения петли \Р(Н) имеют форму, близкую к прямоугольной и симметричны относительно начала координат, рис.10(A). При этом кривая вращающего механического момента АЛФ/ показывает наличие сигнала только от основного слоя пленки с перпендикулярной анизотропией, сигнал от поверхностного слоя отсутствует, рис.10(Д). Отжиг пленки на воздухе в течении 30 минут при температуре 393К приводит к увеличению толщины ПС, поскольку нельзя говорить об его отсутствии даже непосредственно после получения. При контакте пленки с атмосферой имеет место процесс селективного окисления гадолиния на поверхности ее. Однако толщина образовавшегося поверхностного слоя настолько мала при этом, что его влияние на процессы пере-магничивания не проявляется в достаточной мере.
После отжига на кривых вращающего момента появляется дополнительный сигнал от поверхностного слоя с анизотропией типа "плоскость легкого намагничивания", рис.10(E). На петле У(М) при этом наблюдается характерное для пленки с поверхностным слоем изменение У с ростом Н , рис.10(Б). Выбирались пленки с температурой магнитной компенсации ниже комнатной, чтобы избежать изменения "знака" петли, связанного со смещением Тсотр нижеТ0 в результате изменения магнитоактивного состава образца, обусловленного отжигом.
Дальнейший отжиг приводит к тому, что за счет роста толщины поверхностного слоя вклад от ПС в эффект іарадея системы становится больше. Кроме того, возрастает И , при котором происходит насыщение фарадеевского вращения поверхностного слоя. Например, после первого отжига на воздухе Hwoc 3 кЭ, а после третьего, рис.Ю(Г), около 9 кЭ.
Исследование петель У(н) позволяет также оценить степень однородности исследуемых образцов. Для сравнения были выбраны три типичных образца, полученные при различных значениях напряжения смещения на подложке в процессе получения пленок. Кроме петель \f(H) рассматривались также холловские петли гистерезиса ЕХ(И) , где Ех - ЭДС Холла. Нужно отметить, что для пленок сплавов РЗМ-ПМ петли Р(Н) и ЕЖ(Н) практически одинаковы, как показали исследования на этих пленках и литературные данные [85J .
Температурный магнитный гистерезис угла фарадеевского вращения
Исследование характеристик У(Н) вблизи температуры магнитной компенсации проводилось при фиксированных значениях температуры. Следовательно, знак обменной связи в процессе полного цикла перемагничивания не изменяется. Рассмотрение температурного магнитного гистерезиса угла фарадеевского вращения при переходе через Тсотр ослажняется тем, что при этом наблюдается смена знака обменной связи ОС-ПС. Различие в температурной зависимости величины магнитных моментов подрешеток Со (Зе) и Gd приводит к переориентации суммарной намагниченности ОС выше ТСОтр В присутствии внешнего магнитного поля основной слой пленки перемагничивается. Это приводит к изменению знака угла фарадеевского вращения. Следовательно, изучая зависимость У(Т) можно судить о процессах перемаг-ничивания в основном слое пленки. На рис.17 показаны типичные кривые температурного магнитного гистерезиса угла фарадеевского вращения, полученные на пленке состава (та Со77 при различных фиксированных значениях внешнего магнитного поля. Скорость изменения температуры составляла 4 град/мин. При сравнительно малых значениях И (If2 кЭ) петли У(Т) имеют форму, близкую к прямоугольной и гистерезис довольно велик (около 80К). Такой вид петли еще раз подтверждает справедливость утверждения о том, что эффект Фарадея в исследуемых пленках определяется в основном магнитным моментом подрешет-ки Щ, поскольку при переходе через Т согу,р» где суммарная намагниченность образца принимает минимальное значение, величина практически не изменяется. Из рис.17 видно, что перемагничивание основного слоя при нагревании и охлаждении происходит в различном интервале температур. Если перемагничивание ОС при нагревании происходит практически скачком ( дТ = IK при Н = I кЭ и Н = 2 кЭ), то при охлаждении этот интервал возрастает (AT - 5f6 кЭ). При возрастании внешнего магнитного поля до 8 кЭ различие в величине температурного интервала перемагничивания при нагревании и охлаждении исчезает. С ростом внешнего магнитного поля ширина петли ЦКТ) , как и следовало ожидать, уменьшается за счет того, что при росте И основной слой перемагничивается при меньших значениях намагниченности.
При этом наблюдается также смещение центра петли Ц(Т) вверх относительно оси температур с одновременным смещением его в сторону низких температур. При достаточно больших значениях внешнего магнитного поля (в данном конкретном случае при Н больше 10 кЭ) наблюдается изменение направления обхода кривой УСТ") на обратное. То есть, появляются инверсные петли температурного магнитного гистерезиса фарадеевского вращения (рис.17, И = 13,4 кЭ). Петли У(Т), полученные на пленках сплавов гадолиний-железо, имеют те же особенности, что и в случае образцов гадолиний-кобальт. Для тройного сплава c/g (Cogi/Ct/6)76 » рис. 18(A), поведение петли температурного магнитного гистерезиса фарадеевского вращения при увеличении внешнего магнитного поля в основном аналогично показываемому бинарными составами. Однако ширина петли УЧт) меньше, чем у бинарного состава при тех же значениях Н Величина внешнего магнитного поля, при котором наблюдается нарушение направления обхода кривой У(Т) становится несколько меньше (7 кЭ) и при Н = 9 кЭ наблюдается полностью инверсная петля (Т). Эти отличия в поведении петель температурного гистерезиса фарадеевского вращения для тройного состава обусловлены уменьшением суммарной намагниченности образца при замещении кобальта медью [9]. В остальном (сужение петли, смещение ее центра относительно оси температур вверх и в сторону низких температур, различие в интервалах температур, в которых происходит перемагничива-ние основного слоя пленки при нагревании и охлаждении) поведение УЧТ) при росте Н подобно рассмотренному выше случаю бинарной пленки . Для пленки G- Jsll(CogllMo6)76 уже при И = I кЭ петля tf(T) является переходной, рис.18(Б). При Н = 7 кЭ петля УЧт) становится полностью инверсной. При рассмотрении частных температурных циклов У(Т) ,рис.19 также отмечаются некоторые аномалии. Видно, что при уменьшении температуры (охлаждении образца) на частном цикле УЧт) наблюдается возрастание угла фарадеевского вращения в интервале 5f8K при Н = 3 кЭ, рис.19(A) и 3f5K при Н = б кЭ, рис.19(Б). Как показывает анализ литературных данных [93,94], при приближении к температуре магнитной компенсации отмечается возрастание магнитной вязкости в пленках сплавов РЗМ-ПМ, чем и обусловлено, очевидно, наблюдаемое явление. Таким образом, из наблюдения петель температурного магнитного гистерезиса фарадеевского вращения при переходе через температуру магнитной компенсации можно отметить следующие основные особенности: - уменьшение ширины петли У(Т) с ростом внешнего магнитного поля; - различие в величине температурного интервала, в котором происходит перемагничивание основного слоя пленки при нагревании и охлаждении при сравнительно малых значениях внешнего магнитного поля; - смещение центра петли (т) вверх относительно оси температур при увеличении Н ; - смещение центра петли в сторону низких температур с возрастанием внешнего магнитного поля; - появление в полях выше 10 кЭ (для бинарных составов) инверсных петель температурного магнитного гистерезиса фарадеевского вращения.
Похожие диссертации на Исследование процессов перемагничивания в пленках сплавов гадолиний-кобальт и гадолиний-железо при квазистатическом и импульсном тепловом воздействии
