CC BY
322. Federal'nyi zakon ot 26.06.2008 N 102-FZ (red. ot 13.07.2015) «Ob obespechenii edinstva izmerenyi» [The federal law of 26.06.2008 N 102-FZ (an edition of 13.07.2015) "About ensuring unity of measurements"].
3. GOST R 51672-2000 Metrological ensuring of product testing for the assurance of conformity. General principles.
4. GOST R 8.568-97 State system for ensuring the uniformity of measurements. Verification of testing equipment. General principles.
5. GOST R 8.563-2011 State system for ensuring the uniformity of measurements. Procedures of measurements.
© fleKiapeBa M. A., ^kpHOBa E. A., 2015
УДК 548:537.611.44
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ НАНОГРАНУЛИРОВАННЫХ
МАТЕРИАЛОВ «ФЕРРОМАГНИТНЫЙ МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК» ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
УСТРОЙСТВ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
Е. А. Денисова*, Л. А. Чеканова
Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38. E-mail: len-den@iph.krasn.ru
Исследованы динамические и статические магнитные характеристики гранулированных нанокомпозитов (Co41Fe39B20)X(SiO2)1-X, Co-SiO2, Co-CaF2. Выявлены факторы, определяющие уровень технически важных магнитных свойств исследуемых композитов.
Ключевые слова: наногранулированные композиционные материалы, ферромагнитный резонанс, магнитные свойства.
INVESTIGATING MAGNETIC PROPERTIES OF NANOGRANULAR MATERIALS FERROMAGNETIC METAL - INSULATOR FOR HIGH FREQUENCY APPLICATION
E. A. Denisova, L. A. Chekanova
L. V. Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. *E-mail: len-den@iph.krasn.ru
The dynamic and static magnetic characteristics of (Co41Fe39B20)X(SiO2)1-X, Co-SiO2, Co-CaF2 granular nanocomposite are investigated. The factors that decisively affect the magnetic properties of composites are revealed.
Keywords: nanogranular composite materials, ferromagnetic resonance, magnetic properties.
Космонавтика является одной из наиболее перспективных и масштабных областей применения на-нотехнологий и наноматериалов.
С использованием наноматериалов создаются уникальные элементы, активно внедряемые в настоящее время в электронику, вычислительную технику, измерительные системы и т. п.
Такие элементы, безусловно, найдут широкое применение в бортовом оборудовании космических аппаратов.
Материалы для высокочастотных устройств микроэлектроники должны удовлетворять следующим требованиям: большое значение поля магнитной анизотропии, высокое значение намагниченности насыщения, узкие линии ФМР [1]. Гранулированные магнитные пленки с высоким значением электросопротивления и магнитомягкими свойствами являются перспективными кандидатами для использования в
современных электромагнитных устройствах, работающих в СВЧ диапазоне [2-3]. К настоящему времени исследованы различные гранулированные пленки «магнитный металл (Ее, Со, сплавы БеСо) - изолятор», однако они обладают магнитомягкими свойствами лишь в узком интервале концентраций металлической фазы [4]. При этом величина резонансного поля ФМР остается низкой, что ограничивает область применения гранулированных пленок. Следовательно, задача получения материалов с высокими значениями Нг ФМР остается актуальной. Взаимодействие магнитных наночастиц (размером ~10 нм) в немагнитной матрице во многом определяет различные физические свойства гранулированных материалов. В частности, это взаимодействие формирует микромагнитную структуру данных материалов, вид и характеристики которой определяют многочисленные особенности магнитных свойств данных наноструктур.
*Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ - ККФН р-сибирь-а проект № 15-42-04171.
Решетнеескцие чтения. 2015
Целью работы явилось исследование процесса формирования магнитной микроструктуры в наногра-нулированных пленках (Со41Ре39В20)х(БЮ2)1-х, Со-8Ю2, Со-СаР2 при прохождении объемной концентрации магнитной фазы через пороги перколяции, выявление корреляций «состав - магнитная микроструктура - магнитные свойства».
Пленки исследуемых нанокомпозитов представляют собой сложную систему, состоящую из наногра-нул аморфного ферромагнитного сплава Со41Ре39В20 или кристаллического Со, расположенных случайным образом в диэлектрической (немагнитной) матрице (с аморфной структурой - 8Ю2, с кристаллической СаР2) с содержанием металлического магнитного компонента 30-70 об. % [5]. Структура металлических на-ногранул контролировалась методами рентгеновской дифракции и ЯМР.
Исследование спектров ФМР в пленках, измеренных в различных геометриях эксперимента, выявило характерную концентрацию перехода Х ~ 36 % от состояния изотропного композита к ферромагнитной пленке. В нанокомпозитах (Со41Ре39В20)х(БЮ2)1-х при Х > 52 % зарегистрированы спектры спин-волнового резонанса. Обнаружено, что в перпендикулярной геометрии СВЧ-спектр Со-8Ю2 и Со-СаР2 композитов представлен несколькими линиями поглощения (как в многофазных магнетиках). Часть этих спектров могут интерпретироваться как следствие неоднородности пространственной конфигурации ферромагнитных зерен. Но некоторые из них в полной мере могут быть описаны как спектр спин-волнового резонанса (на это указывают соотношения интенсивностей, полевые координаты, пик поверхностного закрепления магнитных моментов). Установлено, что наименьшей шириной линии ФМР характеризуются композиты с кристаллической матрицей, а наибольшей резонансной частотой - нанокомпозиты (Со41Ре39В20)х(БЮ2)1-х (см. рисунок).
Изучены кривые намагничивания пленок нано-композиционных сплавов (Со41Ре3дВ20)х(БЮ2)1-х и Сох(8Ю2)1-х. Исследование кривых приближения намагниченности к насыщению показало, что при подходе концентрации х к точке магнитной перколяции хс в этой системе образуются кластеры магнитной фазы с дробной размерностью. Кривые намагничивания в области больших полей (закон приближения намагниченности к насыщению) для всех величин х исследуемых нанокомпозитов (Со41Ре39В20)х(БЮ2)1-х и Сох(БЮ2)1-х хорошо следуют известному закону Акулова (ДМ ~ И'2), а в меньших полях испытывают кроссовер П(ДМ~ И'"). Показано, что по особенностям кривых намагничивания до насыщения ферромагнитная область делится еще на три подобласти, отличающиеся характером пространственного распространения ряби намагниченности или характеристиками магнитной корреляционной функции, а именно: в области х > 0,6 наблюдается трехмерное распространение ряби, обусловливающее функциональную зависимость ДМ ~ И~1/2; в области 0,39 < х < 0,6 - двумерное распространение коротковолновой ряби (ДМ ~ И-1) и трехмерное распространение длинноволновой ряби (ДМ ~ И-1/2); в области
0,33 < х < 0,38 - фрактальное распространение ряби намагниченности ДМ ~ И'". В зависимости от концентрации металла фрактальная размерность в этой области меняется от 1,2 < ё < 1,9. В случае нанокомпозитов с кристаллическим диэлектриком Со-СаР2 область образования фрактальной микроструктуры сдвинута в сторону больших концентраций металлической фазы.
Зависимость Нр от содержания ферромагнитной фазы для композитов: 1 - (Co4iFe39B2o)x(SiO2)i-x;
2 - Cox(SiO2)i-x; 3 - Cox(CaF2)i-x
Таким образом, сравнительный анализ характеристик спектров ФМР и параметров случайной магнитной анизотропии позволил установить корреляции между этими величинами: в случае наногранулиро-ванных пленок наблюдается эффект обменного сужения ширины ФМР.
По результатам исследования определены составы и структура пленок, характеризующихся минимальным значением ширины линии ФМР и максимальным значением резонансной частоты, что может быть использовано для развития технологии получения наноструктур необходимой конфигурации с заданными свойствами и для разработки новых материалов для спинтроники.
Библиографические ссылки
1. Yao D., Ge S., Zhou x. Study on microstructure and soft magnetism of (Fe65Co35)x(SiO2)1-x nano-granular films with very high ferromagnetic resonance frequency // Physica B. 2010. Vol. 405. P. 1321-1324.
2. Thin-film inductor for gigahertz band with CoFeSiO-SiO2 multilayer granular films and its application for power amplifier module/ Ikeda K., Kobayashi K., Ohta K., Kondo R., Suzuki T., Fujimoto M. // IEEE TRANS. MAGN., 2003. Vol. 39. P. 3057-3061.
3. Ferromagnetic Resonance Studies on (Co40Fe40B20)x (SiO2)1-x Granular Magnetic Films / F. Yildiz, S. Kazan, B. Aktas, S. I. Tarapov, L. Tagirov, B. Granovsky //Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2006. Vol. 305. P. 24-27.
4. Influence of the sizeand shape of magnetic particals on magnetooptical properties of (Co70 Fe30)xAg1-x granular alloys / E. A. Gan'shina, A. B. Granovsky, V. S. Guschin, N. S. Perov, B. Dieny // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1997. Vol. 165. P. 320-322.
5. Стогней О. В., Калинин Ю. Е., Ситников А. В. Резистивные и магниторезистивные свойства гранулированных композитов CoFeB-SiOn // ФММ. 2001. Т. 91, № 1. С. 24-31.
References
1. Yao D., Ge S., Zhou X. Study on microstructure and soft magnetism of (Fe65Co35)x(SiO2)i-x nano-granular films with very high ferromagnetic resonance frequency. Physica B, 2010, vol. 405, p. 1321-1324.
2. Ikeda K., Kobayashi K., Ohta K., Kondo R., Suzuki T., Fujimoto M. Thin-film inductor for gigahertz band with CoFeSiO-SiO2 multilayer granular films and its application for power amplifier module. IEEE TRANS. MAGN., 2003, vol. 39, p. 3057-3061.
3. Yildiz F., Kazan S., Aktas B., Tarapov S. I., Tagirov L., Granovsky B. Ferromagnetic Resonance Studies on (Co40Fe40B20)x (SiO2)1-x Granular Magnetic
Films. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2006, vol. 305, p. 24-27.
4. Gan'shina E. A., Granovsky A. B., Guschin V. S., Perov N. S., Dieny B. Influence of the size and shape of magnetic particals on magnetooptical properties of (Co70 Fe30)xAg1-x granular alloys. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 1997, vol.165, p. 320-322.
5. Stogney O. V., Kalinin Yu. E., Sitnikov A. V. Resistive and magnitoresistive properties of granular amorphous CoFeB-SiON composites. The Physics of Metals and Metallography, 2001, vol. 91, no 1, p. 21-28.
© Денисова E. А., Чеканова Л. А., 2015
УДК 548:537.611.44
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ МАССИВНЫХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ КОБАЛЬТА. ПЛАЗМЕННОЕ НАПЫЛЕНИЕ И ДИНАМИЧЕСКОЕ КОМПАКТИРОВАНИЕ*
Е. А. Денисова1 , Л. А. Кузовникова2, С. В. Телегин3, В. Н. Саунин3, А. А. Кузовников2
Институт физики им. Л. В. Киренского СО РАН Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50/38 2Красноярский институт железнодорожного транспорта - филиал Иркутского университета путей сообщения Российская Федерация, 660028, г. Красноярск, ул. Ладо Кецховели, 89 3Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: len-den@iph.krasn.ru
Проведен сравнительный анализ условий сохранения структурных характеристик и формирования магни-томягких свойств при изготовлении наноструктурированных объемных сплавов CoNiFe-BSi методами динамического компактирования и плазменного напыления.
Ключевые слова: объемные наноструктурированные материалы, динамическое компактирование, плазменное напыление, магнитные свойства.
STRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF NANOSTRUCTURED BULK Co-BASED ALLOYS. PLAZMA SPRAY DEPOSITION AND DYNAMIC COMPACTION
E. A. Denisova1, L. A. Kuzovnikova2, S. V. Telegin3, V. N. Saunin3, А. A. Kuzovnikov2
1L. V. Kirensky Institute of Physics SB RAS 50/38, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation
2Krasnoyarsk Institute of Railways Transport 89, Lado Ketshovely Str., Krasnoyarsk, 660028, Russian Federation
3 Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: len-den@iph.krasn.ru
The bulk samples of Co58Ni10Fe5B16Si11 alloy were prepared by two techniques. The regimes of dynamic compaction and plasma spray deposition were selected so that the basic magnetic characteristics remain unchanged. The investigations of structure and magnetic properties of bulk samples were carried out by X-ray diffraction, electron microscopy and correlation magnetometry.
Keywords: bulk nanostructured materials, dynamic compaction, plasma spray deposition, magnetic properties.
Применение наноматериалов и нанотехнологий в космической технике является одним из наиболее важных и перспективных направлений. Достаточно масштабное применение нанотехнологий в космической
технике позволит радикально улучшить массогабарит-ные характеристики космических аппаратов, продлить сроки их пребывания на орбитах, решить проблемы энергообеспечения функционирования этих аппаратов.
*Работа выполнена при поддержке грантов: РФФИ проект № 15-08-06673, РФФИ - ККФН р-сибирь-а проект № 15-4204171, Министерства образования и науки РФ № 169/14.
