Введение к работе
Актуальность теш. В современной технике традиционные кристаллические ферромагнетики заменяются . аморфными ферромагнитными материалами с уникальными физическими свойствами. Актуальность исследования новых аморфных систем, в частности системы нанокластерннх аморфных ферромагнитных пленок металл -диэлектрик Fe-sio, визвана несколькими причинами. Во первых, такие исследования важны с точки, зрения фундаментальных вопросов магнетизма и физики твердого тела. Во вторых, эти исследования развивают косвенные магнитные и электрические методы изучения структуры и размеров микрочастиц, поскольку в аморфном состоянии рентгено и микроскопические методы достаточно трудоемки. Наконец, интерес обусловлен возможностью практического применения.
Существуют два класса магнитных материалов, по своим свойствам близким к системе Fe-SiO. с одной стороны, это
Гранулярные МеТаЛЛЫ ТИПа Ni-SiOz, Co-Si02, Fe-Si02. Выло
показало, что металла-керметы остаются кристаллическими вплоть до содержания диэлектрика 90-95 об Л. В области 50-55 об.Ж диэлектрика происходит переход ферромагнетик (FM) суперпарамагнетик (SP),. и обнаруаивается туннельный механизм проводимости. Магнитный момент, приходящийся на атом 3d металла р2Т и обмен в гранулах размером 50-70 А равны соответствующим величинам массивных материалов.* С другой стороны, это амофные бинарные сплавы металл - металлоид типа f>-si , f«?-b, fr-p, . Fe-tse и др. Аморфное "состояние, как правило, стабилизируется ..при содержании металлоида 10-20 ат.%, йр ,и обменное взаимодействие при этом значительно уменьшаютсяі Это происходит вледствие как структурного, так и химического Ооспорядков, однако превалирующим фактором является легирование. Бинарные аморфные сплавы исследовались в области концентраций металлоида до 30-40 ат.Ж.
Аморфные кластерные пленки Fe промежуточное положение между гранулярными металлами и аморфными сплавами металл - металлоид вледствие невысокой стабильности диэлектрика зю, особенно а присутствии железа, поэтому интересно исследовать систему пленок с проходом по концентрации диэлектрика 0<х<о.95, выявить отличие и сходство их структурных, магнитных и электрических свойств от свойств гранулярных металлов и аморфных бинарных сплавов или пленок . Выяснить причину аморфизации в сие- теме Fe-Sio. Исследовать вышеупомянутые свойства со значительными добавками диэлектрика на предмет существования sp состояния, изучить внутри и межкластерное обменное взаимодействия. Цель работы заключалась в исследовании структурных, магнитных, резонансных и электрических свойств аморфных пленок система Fej^isio)^, полученных вакуумной технологией напыления и массивных аморфных ферромагнетиков (МАФ), полученных методом взрывного компактирования. Для изучения магнитных и электрических параметров требовалось создать вибрационный магнетометр, работающий в широком диапазоне ползи и температур. Работа вэлаеь в следующих направлениях: Разработка и изготовление высокочувствительного вибрационного магнетометра для измерения намагниченности в сильном магнитном поле и широком-диапазоне температур. На приборной и криостатной базе магнетометра создание методик по измерению восприимчивости в переменных полях и по измерении электросопротивления. Исследование свойств системы аморфных кластерных пленок Fe-sio методами электронной микроскопии, спин-волнового резонанса (СВР) и вибрационного магнетометра. Определение основных фундаментальных параметров пленок - момента, обмена, флуктуации обмена, размеров кластеров, выявление причины амортизации в системе Fe-sio, построение фазовой т-х диаграммы магнитных состояний FM-SP и т. д. Анализ и интерпретация полученных результатов и сравнение с гранулярными металлами. Реализация в макрокластерном варианте МАФ методом ударно -волнового нагружения. Исследование структурных, магнитных и электрических свойств МАФ. Оценка возможного практического применения Научная новизна. I. Проведены исследования структурных, магнитных, резонансных и электрических свойств системы пленок Fej чем и вызван сдвиг концентрации, при которой происходит амор-физация пленок Fe-sio по сравнению с бинарными сплавами fb-si и сдвиг лшиа раздела FM-^SP но сравненяв с гранулярными металлами. 2. Методом взрывного компактировавия получена композитная система МАФ. Аморфность полученных образцов подтверждена рентгеноструктуршми исследованиями. Проведены измерения магнитных и электрических свойств. Результаты магнитных измерений позволили определить толщину сварки металлических и диэлектрических частиц, что подтверждается микроскопичоскими исследсваяияш. Практическая цеННОСТЬ. Б СИСТеые аМОрЗНЫХ ШіенСК F^^SiO) существуют такие составы, что ТКС мал (<* =« 2-ю-5) в .широком интервале температур, что дает принципиальную возможность применения в качестве внсокорезистивных и термостабильных материалов. Кроме того, исследование этой системы интересно с фундаментальной точки зрения, например, изучение влияния амортизации на обмен, фазнка слабовзэимодайствуицах кластеров в суперпарамагнитном состоянии. Методом взрывного кошактирования получены и исследованы МАФ металл - диэлектрик. Показано, что в определенной области концентраций диэлектрика намагниченность меняется незначительно, а удельное электросопротивление повышается на несколько порядков, что, в принципе, перспективно для технического использования. В лаборатории сильных магнитных полей разработан и создан высокочувствительный автоматизированный вибрационный магнетометр для измерения намагниченности в полях от о до 85 кЭ и диапазоне температур I.5f40QK. На его основе проводятся измерения восприимчивости в переменных полях, а также исследования электросопротивления. Лабораторная установка явилась прототипом магнетометров, работающих в Москве и в Минске с аналогичными параметрами. На защиту выносятся: Результаты исследования . структурных, магнитных и Электрических СВОЙСТВ СИСТеМЫ аМОрфНЫХ КЛаСТерНЫХ ПЛеНОК Fe-SiO. Выявление причины аморфизации и ее влияние на параметр обменного взаимодействия. Построение магнитной фазовой т-х диаграммы. . Переход fm-sp при повышении концентрации siо. Оценка размеров изолированных кластеров различными методами исследования. Определение меж и внутрикластерного обмена. Технологические параметры метода взрывного кошактирования МАФ, состоящих из частиц аморфного ферромагнитного порошка и диэлектрика. Результаты .исследования структурных, магнитных и электрических свойств МДФ )- диэлектрик. Конструкция и технические данные высокочувствительного автоматизированного вибрационного магнетометра со сверхпроводящим соленоидом, позволяющим измерять магнитные и электрические свойства веществ широкого класса. Апробация работы. Результаты работы представлялись на: Международной конференции по магнетизму ісм - , і9вз Сан-^анциско; Международном симпозиуме по магнитным и аморфшм материалам - Балатонсцэплак ..- І98Б - Венгрия; Ыэздународной конференции но магнетизму ісм - 1994 - Варшава, Польша. Всесоюзных конференциях по физике магнитных явление и аморфному магнетизму: Красноярск - 1980, Пермь - 1981, Самарканд - 1983, Тула - 1933, Донецк - 1985. Всесоюзной научно - технической конференции по проблемам магнитных измерений - Ленинград - 1983, Ташкент - 1987. III Всесоюзной школе - семинаре по физике взрыва и применению взрыва в эксперименте - Красноярск - 1984 г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 22 работы. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 150 стр. машинописного текста, включая 32 рисунка, 4 таблицы и список цитированной литературы (159 наименований).