Магнитная анизотропия тонких плёнок сплава CoPd Текст научной статьи по специальности «Физика»

Наноматериалы и нанотехнологии в аэрокосмической области

Библиографические ссылки

1. Аплеснин С. С. Основы спинтроники. СПб. : Лань, 2010. 283 с.

2. Aplesnin S. S., Romanova O. B., Harkov A. M., Balaev D. A. Metal-semiconductor transition in SmxMnl-xS solid solutions // Physica status solidi (b). 2012. № 249. С. 812-817.

References

1. Aplesnin S. S. Fundamental base of spintronic. S.-Peterburg, Lan, 2010,-283 p.

2. Aplesnin S. S., Romanova O. B., Harkov A. M., Balaev D. A. Metal-semiconductor transition in SmxMnl-xS solid solutions Physica status solidi (b). 2012. № 249. Р. 812-817.

© Аплеснин С. С., Ситников М. Н., 2014

УДК 537.622

МАГНИТНАЯ АНИЗОТРОПИЯ ТОНКИХ ПЛЁНОК СПЛАВА CoPd

E. М. Артемьев, Л. Е. Якимов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

В двухфазных (ГЦК и ГПУ) плёнках CoPd обнаружен выход оси лёгкого намагничивания из плоскости плёнок, зависящий от величины приложенного магнитного поля. Величина угла отклонения оси лёгкого намагничивания хорошо согласуется с предложенной моделью гетерофазной системы в магнитном поле. Также исследована зависимость поля насыщения вдоль нормали к плоскости плёнок от температуры.

Ключевые слова: CoPd, тонкие плёнки, анизотропия.

MAGNETIC ANISOTROPY OF CoPd ALLOY THIN FILMS E. M. Artemyev, L. E. Yakimov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: [email protected]

Two-phase (hcc and hcp) CoPd films show easy axis of magnetization oriented out of the film plane, depending on the applied magnetic field. The value of the angle of inclination of the axis is accurately predicted in the proposed model of geterophase system in magnetic field. In addition, the dependence of the saturation field oriented perpendicular to the film plane against the temperature is investigated.

Keywords: CoPd, thin films, anisotropy.

В двухфазных пленках CoPd, состоящих из кубической гранецентрированной фазы (ГЦК) и гексагональной плотноупакованной фазы (ГПУ) определенных составов, наблюдается очень интересная особенность. В пленках Go1-xPdx, где x = 0,5-0,55, помещенных в зазор электромагнита, наблюдается выход оси легкого намагничивания (ОЛН) из плоскости пленок, зависящий от величины приложенного магнитного поля. Для различных образцов поле анизотропии (при котором ОЛН находится в неустойчивом положении) меняется от 2 до 14 кЭ. Природа эффекта состоит в следующем. Образец (пленка) представляет собой гетерофазную систему, оси легкого намагничивания каждой из фаз которой отличаются своей ориентацией (рис. 1).

Пренебрегая эффектами обменного взаимодействия на границах фаз, магнитную часть свободной энергия можно описать аддитивной суммой F = f + f>, где

f = M1V1H cos ©1 + ^1V1sin2(T-©1); (1)

f = M 2V2 H cos ©2 + K2 V2 sin2 (T + ©2), (2) где Mx и M2 - намагниченности насыщения фаз; K1 и K2 - константы магнитной одноосной анизотропии; V1 и V2 - их парциальный объемы; ©1 и 02 - отклонения векторов M1 и M2 от направления внешнего магнитного поля напряженностью H.

i i i

Рис. 1. Схематическое изображение двухфазной пленки. ГЦК фаза заштрихована: M1 - намагниченность ГЦК; M.2 - намагниченность ГПУ-фазы

Решетневскуе чтения. 2014

Уравнение

Ь =

Л

позволяет записать крутящие моменты фаз Ь1 и Ь2:

Ц= ^1К181П2(Т-©1); (3)

Ь2 = К2У281П2(Т-©2). (4)

Для случая М1Н >> К1 можно ограничиться линейным разложением Ь1 по 0! и, суммируя слагаемые, получить выражение для крутящего момента всей системы:

Ь = (К1У1 - К2К2)81П2Т- -2

( ^2

2т^ Л

К2' + К у

М1

М 2

Н

(5)

Как видно из сопоставления теоретической (сплошная линия) и экспериментальной (точки) зависимости Ь(Н) (рис. 2), предложенная модель хорошо описывает результаты измерений.

( КУ

V М1

К.2'2 ^

Мп

ОЛН укладывается в плоскость пленки. Это связано с диффузионными процессами, снятием напряжений и возникновением зародышей ГЦК фазы.

Параллельно с магнитными измерениями производились измерения полей насыщения пленок (Н8) вдоль нормали к их плоскостям. Величина Н для этого направления пленки определяется произведением

4п//. На рис. 3 показаны графики зависимости Н от температуры для пленок разного состава. График Н = Л(Т) для эквиатомного сплава имеет глубокий минимум в районе 340-360 °С. С увеличением в сплаве содержания Со глубина минимума уменьшается. Для сплава Co68Pdз2 в этой же области наблюдается небольшой максимум Н8.

15

Н кЭ

100

200

300

400

Т "С

Рис. 2. Экспериментальная зависимость Ь(Н) (точки) для пленки Со5(^5(ь 820А; расчет (сплошная линия) ¥ = 47о; УГПУ - 10 %, УГЦК - 90 %

Поле Н1, при котором в случае фиксированного ¥ крутящий момент равен нулю, называется полем магнитной анизотропии и, как не трудно видеть из (5), определяется выражением

Н1 =

КУХ - К2У2

Измерения К1 свеженапыленных однофазных ГПУ пленок толщиной 400-500 А составов Co1-xPdx, где х = 0,45-0,55, показывают, что ОЛН отклоняется от плоскости пленки, т. е. кристаллографическая анизотропия ГПУ фазы больше, чем анизотропия формы пленки равная 2%М^~ 6*106 эрг/см3. С течением времени (несколько суток) хранения в комнатных условиях

Рис. 3. Зависимость поля насыщения от температуры: 1 - пленка Co50Pd50, толщиной 520 А; 2 - пленка Co56Pd44, толщина 600 А; 3 - пленка Co69Pd31, толщина 470 А

Последний факт дает нам основание предложить следующее объяснение кривым Н8(Т) нанокристалли-ческих пленок CoPd. Вероятно, во время рекристаллизации пленки сплава Co5oPd50 в ней возникают отрицательные обменные взаимодействия, приводящие к образованию антиферромагнитного упорядочения спинов в некоторых локальных областях пленки. Общий магнитный момент ^ образца падает, поэтому образец насыщается в сравнительно малых внешних полях. При дальнейшем повышении температуры происходит стабилизация кристаллической структуры и замена отрицательного обменного взаимодействия положительным. С этих позиций становится понятным, почему при большом содержании в сплаве ^ (68 ат. %) Н(Т имеет максимум. Очевидно, здесь, как и в случае кристаллизации аморфных пленок Co90Pd10, происходит увеличение постоянной положительного обменного взаимодействия.

© Артемьев Е. М., Якимов Л. Е., 2014