Фазовые превращения и магнитные свойства пленок Fe/Pd, полученных с использованием твердофазных реакций Текст научной статьи по специальности «Физика»

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической отрасли

УДК 583.975 + 621.318.1

В. А. Семячков, А. Н. Рыбакова, В. С. Жигалов, В. Г. Мягков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОК ¥е/Ра, ПОЛУЧЕННЫХ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТВЕРДОФАЗНЫХ РЕАКЦИЙ*

Исследованы фазовые превращения и магнитные свойства пленочных слоистых структур Ре/Р<3 при термообработке. Показано, что в зависимости от толщинных соотношений железа и палладия и от температуры отжига в системе формируются две фазы - Ь10-РеРс1(001) и Ь12~РеРйз(001). Начальная температура инициирования твердофазного синтеза составляет 400 оС. Исследования магнитных свойств фаз показали, что Ь1о-фаза является высокоанизотропной и обладает перпендикулярной анизотропией, а Ь12-фаза - магнито-мягкая и имеет высокие значения намагниченности насыщения. Полученные результаты обладают как научным, так и прикладным значением.

Тонкие пленки являются материалами, удовлетворяющими многим задачам современной наноэлектро-ники. Структурные и магнитные свойства FePd тонких пленок, упорядоченных по типу L10, исследуются в связи с их потенциальной возможностью для высокоплотной магнитной записи информации и создания специальных магнитожестких сред [1]. Упорядоченные FePdз-пленки в настоящее время изучены недостаточно и поэтому их исследование представляет научный и практический интерес.

В данном исследовании впервые был использован твердофазный синтез. В качестве исходных образцов были изготовлены две серии пленок Fe/Pd методом электронной бомбардировки тигельных испарителей с кольцевым катодом на подложках из монокристаллического MgO с атомным соотношением железа и палладия 1/1 и 1/3. Образцы изготавливались в вакууме 10-6 торр на установке напыления УВН-2М-1. Исходные образцы подвергались термическому отжигу в диапазоне от 300 до 700 оС с шагом в 50о и выдержкой при каждой температуре в течение 30 мин. В результате термообработки между слоями Fe и Pd происходили твердофазные реакции. После каждой ступени отжига и охлаждения до комнатной температуры в образцах измерялись магнитные параметры и исследовались структурные и фазовые превращения.

Первая константа анизотропии (Я^) зависит от температуры отжига для пленок с атомным соотношением Fe/Pd, равным 1/1 и 1/3 (рис. 1). В образцах, отожженных при 300 оС, отсутствуют изменения свойств по отношению к исходным образцам. Однако отжиги при Т > 400 оС приводят к увеличению константы анизотропии в пленках с атомным соотношением 1/1 практически на порядок и частичному исчезновению анизотропии в пленках с соотношением 1/3. Такая модификация анизотропных свойств должна приводить к различным значениям коэрцитивности (Нс). Как показали исследования магнитостатических свойств, коэрцитивная сила в первом случае выросла и составляет ~1 кЭ, в другом случае пленки делаются магнитомягкими, и Не становится менее 1 Э.

Таким образом, для обеих структур относительная намагниченность насыщения увеличивается по мере увеличения Т (рис. 2). Однако для пленки с атомным соотношением 1/3 это увеличение составило более чем 60 %. Легко предположить, что рост значений Ms связан с приростом магнитного момента за счет магнитной поляризации атомов палладия. При этом большее содержание Pd в образце приводит к большему увеличению намагниченности.

т. °с

Рис. 1. Зависимость константы анизотропии от температуры Рис. 2. Зависимость относительной намагниченности

отжига для образов с атомным соотношением элементов, насыщения от температуры отжига для образцов с атом-

близким к FePd и FePdз ным соотношением элементов, близким к FePd и FePdз

*Работа выполнена при финансовой поддержке АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2011)» проект № 2.1.1/9193.

Решетневскце чтения

Изменения магнитных и анизотропных свойств связаны с фазовыми превращениями в двухслойных структурах Fe/Pd под воздействием отжигов. Анализ рентгеновских измерений показал, что слои Fe и Pd в исходном состоянии растут на подложках MgO эпи-таксиально. В процессе отжига на базе этих эпитаки-альных слоев формируются основные фазы L10-FePd для пленки с соотношением атомов 1/1 при Т = 400 оС и L12-FePd3 для пленки с соотношением Fe/Pd = 1/3 при Т = 550 оС. Первая фаза имеет тетрагональное искажение решетки, что и явилось причиной появления высокой анизотропии, вторая фаза представ-

ляет простую кубическую решетку без существенных анизотропных свойств. Следует отметить, что фазы формируются с высокой степенью упорядочения.

Библиографическая ссылка

1. Твердофазный синтез эпитаксиальных Ь10-РеР^001) тонких пленок: структурные превращения и магнитная анизотропия / В. Г. Мягков, В. С. Жигалов, Быкова Л. Е. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91. В. 9. С. 399-403.

V. A. Бвтуаеккоу, A. N. Rybakova, V. S. Zhigalov, V. G. Myagkov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

PHASE TRANSFORMATIONS AND MAGNETIC PROPERTIES OF FILMS Fe/Pd MADE WITH USING SOLID PHASE REACTIONS

In this investigation phase transformation and magnetic properties in film schistose structures Fe/Pd are studied at heat treatment. It is shown that depending on relations of thickness of stratums of iron and a palladium and from annealing temperature in system two phases - LI0-FePd(00I) and LI2-FePd3(00I) are shaped. The initiation reference temperature of solid phase synthesis is 400 0С. Examinations of magnetic properties ofphases have shown that the LI0-phase is high anisotropic and possesses perpendicular anisotropy, and the LI2-phase is soft magnetic and has high values of saturation magnetization. The obtained results have scientific and applied value.

© Семячков В. А., Рыбакова А. Н., Жигалов В. С., Мягков В. Г., 2011

УДК 537.312.6

В. В. Соколович, О. А. Баюков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

МЕССБАУЭРОВСКИЕ СПЕКТРЫ

Проведены мессбауэровские измерения при комнатной температуре твердых растворов (¥ех Сг1-х)1-уБ, полученных с помощью высокоскоростной закалки. Рассчитаны и проанализированы наблюдаемые мёссбауэров-скихе спектры.

Моносульфиды 3d-металлов, кристаллизующиеся в структуре типа NiAs, обладают широким спектром физических свойств. Переходы металл-диэлектрик, сверхпроводимость, магнитные свойства, а также и структура, наблюдаемая у данных соединений, определяются спецификой 3d-электро-нов. Свойства и характер фазовых превращений у рассматриваемых соединений во многом определяется числом электронов в d-состояниях и распределением электронов по этим состояниям. Интересные возможности для изучения влияния степени заполнения d-состояний на физические свойства предоставляют твердые растворы замещения, соединения которых в один переходной элемент замещается элементом с другим числом d-электронов. При этом особый интерес в данном случае представляет информация, получаемая методами мес-сбауэровской спектроскопии.

Спектры исследуемых образцов представляли собой суперпозицию нескольких зеемановских секстетов, различающихся величинами эффективных магнитных полей. Анализ спектров позволил сделать предположение, что величины этих полей определяются ближайшими восемью атомами (хрома и железа), окружающими ион железа. Поскольку сами вещества и технология предполагали наличие в образцах вакансий, то возникла необходимость выяснения характера влияния вакансий на параметры мессбауэров-ских спектров. Для решения поставленной задачи нами в качестве объектов для исследования были синтезированы твердые растворы состава (Fex Cri_x )1-y S, заведомо содержащие вакансии.

Наблюдаемые для образцов (FexCri_x)i_yS мессбау-эровские спектры были проанализированы совместно с мессбауэровскими спектрами, наблюдаемыми для образцов FexCrj_xS.