Научная статья на тему 'Структурные и магнитные свойства CoPt(111) пленок, полученных с помощью твердофазных реакций'

Структурные и магнитные свойства CoPt(111) пленок, полученных с помощью твердофазных реакций Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
384
239
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТВЕРДОФАЗНЫЙ СИНТЕЗ / ПЛЁНОЧНЫЕ ОБРАЗЦЫ / ТВЁРДЫЕ РАСТВОРЫ / МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА / КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА / SOLID-PHASE SYNTHESIS / FILM SAMPLES / SOLID SOLUTIONS / MAGNETIC PROPERTIES / CRYSTAL STRUCTURE

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Жигалов В. С., Мягков В. Г., Рыбакова А. Н., Турпанов И. А., Бондаренко Г. Н.

Исходные Co(001)/Pt(111) плёночные структуры получены последовательным термическим осаждением слоя Со с кубической кристаллической решеткой и Pt(111) из мишени, распыляемой с использованием методики магнетронного распыления на монокристаллическую подложку MgO(001) в вакууме 10 -6 торр. В экспериментах использовались образцы с 1Со:3Pt и 1Со:1Pt атомным отношением общей толщиной порядка 300 нм. Исходные образцы отжигались в диапазоне температур от 250 до 850 ºС с шагом 50 ºС в течение 40 мин. Рентгеноструктурные исследования показали, что в двухслойных структурах с атомным соотношением реагентов 1/3, при температурах отжига Т = 500 и 850 ºС в результате межслойного химического взаимодействия формируются фазы эпитаксиального кубического соединения CoPt 3 (L1 2 ) c ГЦК-решеткой (a = 3,856 Å). Отжиги этих же структур с соотношением 1/1 приводят к формированию второй фазы СoPt (L1 0 ) с тетрагональным искажением, которая способствует получению высоких значений константы одноосной магнито-кристаллографической анизотропии K 1 и определяет легкое направление намагничивания (ось c). Синтезированный образец, состоящий из двух магнитных фаз, имеет намагниченность насыщения, сопоставимую со значением М S для пленки L1 2 -CoPt 3 , плоскостную анизотропию с К 1 = 5,6 · 10 5 эрг/см 3 и Н С ~ 10 3 Э. Вновь сформированная L1 0 -CoPt-фаза растет эпитаксиально на базе предварительно синтезированной L1 2 -CoPt 3 -фазы с тем же ориентационным соотношением.Особенностями пленки с атомным соотношением Co/Pt = = 1/1 при Т = 850 ºС является наличие «вращательной» анизотропии, обусловленное обменным взаимодействием двух сформированных упорядоченных фаз CoPt(111) и CoPt 3 (111) с ферромагнитным порядком, и легкую ось, которую можно переориентировать наложением магнитного поля. Меняя соотношение реагентов в системе, существует возможность изменять последовательность фазообразования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Жигалов В. С., Мягков В. Г., Рыбакова А. Н., Турпанов И. А., Бондаренко Г. Н.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

STRUCTURAL AND MAGNETIC PROPERTIES OF CoPt(111) FILMS OBTAINED BY USING SOLID-PHASE REACTIONS

The original Co(001)/Pt(111) film structures are obtained by consequent thermal deposition layer with a cubic crystal lattice and Pt(111) from the target, sprayed using a magnetron sputtering technique on a single crystal substrate of MgO(001) in a vacuum of 10 -6 Torr. In the experiments,samples1Сo:3Pt and1Сo:1Pt atomicratio of the totalthickness of about 300 nm are used.Initial samples were annealed inthe temperature range fromto250 ºCto850 ºCinincrements of 50 for 40 minutes. X-ray diffraction analysis showed that in two-layer structures with the atomic ratio of reagents 1/3, at temperatures of annealing at T = 500 and 850 ºС in the interlayer chemical interaction to form phase epitaxial cubic compounds CoPt 3 (L1 2 ) c FCC-lattice (a = 3.856 Å). Annealingof thesesamestructures with 1/1lead to the formation of the second phaseCoPt(L1 0 )withtetragonal distortion, which helps to ensure ahigh value ofthe uniaxialmagnetocrystallineanisotropyconstantK 1 anddetermineseasymagnetization direction(axisc).Synthesizedsample consisting oftwomagnetic phases isthe saturation magnetization, comparable with the value ofM S for the filmL1 2 -CoPt 3 ,planaranisotropywithK 1 = 5.6 ·10 5 erg / sm3andH c ~10 3 E.Newly formedL1 0 -CoPtphasegrowsepitaxiallyon the basis ofpre-synthesized L1 2 -CoPt 3 phasewith the sameorientation relationship. The newly formedL1 0 -CoPtphasegrowsepitaxiallyon the basis ofpre-synthesized L1 2 -CoPt 3 phasewith the sameorientation relationship. Featuresfilms withatomic ratio of Co / Pt = 1/1 at T = 850 ºCis the presence of“rotational” anisotropy due to the exchange interactionof twoordered phases formedCoPt (111) and CoPt 3 (111) with a ferromagneticorder andan easy axis, which can beapplied a magneticfieldto refocus. By changing the ratio of the reactantsin the system, it is possible tochange the sequence ofphase formation.

Текст научной работы на тему «Структурные и магнитные свойства CoPt(111) пленок, полученных с помощью твердофазных реакций»

УДК 583.975 + 621.318.1

Вестник СибГАУ Т. 16, № 1. С. 226-232

СТРУКТУРНЫЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА CoPt(111) ПЛЕНОК, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ ТВЕРДОФАЗНЫХ РЕАКЦИЙ

В. С. Жигалов1 , В. Г. Мягков1, А. Н. Рыбакова2, И. А. Турпанов1, Г. Н. Бондаренко3

1Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50 2Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 3Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50 *E-mail: zhigalov@iph.krasn.ru

Исходные Co(001)/Pt(111) плёночные структуры получены последовательным термическим осаждением слоя Со с кубической кристаллической решеткой и Pt(111) из мишени, распыляемой с использованием методики магнетронного распыления на монокристаллическую подложку Mg0(001) в вакууме 10-6 торр. В экспериментах использовались образцы с 1Со:3Pt и 1^:1Pt атомным отношением общей толщиной порядка 300 нм Исходные образцы отжигались в диапазоне температур от 250 до 850 °С с шагом 50 °С в течение 40 мин. Рентгеноструктурные исследования показали, что в двухслойных структурах с атомным соотношением реагентов 1/3, при температурах отжига Т = 500 и 850 °С в результате межслойного химического взаимодействия формируются фазы эпитаксиального кубического соединения CoPt3 (L12) c ГЦК-решеткой (a = 3,856 А). Отжиги этих же структур с соотношением 1/1 приводят к формированию второй фазы СоPt (L10) с тетрагональным искажением, которая способствует получению высоких значений константы одноосной магнито-кристаллографической анизотропии K1 и определяет легкое направление намагничивания (ось с). Синтезированный образец, состоящий из двух магнитных фаз, имеет намагниченность насыщения, сопоставимую со значением М8 для пленки L12-CoPt3, плоскостную анизотропию с К1 = 5,6 ■ 105 эрг/см3 и НС ~ 103 Э. Вновь сформированная L1 g-CoPt-фаза растет эпитаксиально на базе предварительно синтезированной L12-CoPt3-фазы с тем же ориентационным соотношением. Особенностями пленки с атомным соотношением Co/Pt = = 1/1 при Т = 850 °С является наличие «вращательной» анизотропии, обусловленное обменным взаимодействием двух сформированных упорядоченных фаз CoPt(111) и CoPt3(111) с ферромагнитным порядком, и легкую ось, которую можно переориентировать наложением магнитного поля. Меняя соотношение реагентов в системе, существует возможность изменять последовательность фазообразования.

Ключевые слова: твердофазный синтез, плёночные образцы, твёрдые растворы, магнитные свойства, кристаллическая структура.

Vestnik SibGAU Vol. 16, No. 1, P. 226-232

STRUCTURAL AND MAGNETIC PROPERTIES OF CoPt(111) FILMS OBTAINED BY USING SOLID-PHASE REACTIONS

V. S. Zhigalov1*, V. G. Myagkov1, A. N. Rybakova2, I. A. Turpanov1, G. N. Bondarenko3

1Kirensky Institute of Physics SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation 2Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation 3Institute of chemistry and chemical technology SB RAS 50, Akademgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation E-mail: zhigalov@iph.krasn.ru

The original Co(001)/Pt(111) film structures are obtained by consequent thermal deposition layer with a cubic crystal lattice and Pt(111) from the target, sprayed using a magnetron sputtering technique on a single crystal substrate of Mg0(001) in a vacuum of 10-6 Torr. In the experiments, samples 1Сo:3Pt and 1Сo:1Pt atomic ratio of the total thickness of about 300 nm are used. Initial samples were annealed in the temperature range from to 250 °C to 850 °C in

increments of 50 for 40 minutes. X-ray diffraction analysis showed that in two-layer structures with the atomic ratio of reagents 1/3, at temperatures of annealing at T = 500 and 850 °C in the interlayer chemical interaction to form phase epitaxial cubic compounds CoPt3 (LI-) c FCC-lattice (a = 3.856Â). Annealing of these same structures with 1/1 lead to the formation of the second phase CoPt (L10) with tetragonal distortion, which helps to ensure a high value of the uniaxial magnetocrystalline anisotropy constant K1 and determines easy magnetization direction (axis c). Synthesized sample consisting of two magnetic phases is the saturation magnetization, comparable with the value of MS for the film L12-CoPt3, planar anisotropy with K1 = 5.6 • 105 erg / sm3 and Hc ~ 103 E. Newly formed L10-CoPt phase grows epitaxially on the basis of pre-synthesized L12-CoPt3 phase with the same orientation relationship. The newly formed L1 Q-CoPt phase grows epitaxially on the basis of pre-synthesized L12-CoPt3 phase with the same orientation relationship. Features films with atomic ratio of Co / Pt = 1/1 at T = 850 °C is the presence of "rotational" anisotropy due to the exchange interaction of two ordered phases formed CoPt (111) and CoPt3 (111) with a ferromagnetic order and an easy axis, which can be applied a magnetic field to refocus. By changing the ratio of the reactants in the system, it is possible to change the sequence of phase formation.

Keywords: solid-phase synthesis, film samples, solid solutions, magnetic properties, crystal structure

1. Введение

Структурные и магнитные свойства тонких плёнок FePd, FePt и CoPt, упорядоченных по типу L10, широко исследуются в связи с потенциальным использованием их для высокоплотной магнитной записи информации, а также в качестве специальных магнитных сред [1; 2]. Для получения кубических соединений, упорядоченных по типу L12, или высокоанизотропных фаз L10 с тетрагональным искажением необходимы продолжительные высокотемпературные отжиги либо высокие температуры синтеза [2; 3]. В результате тетрагонального искажения ¿10-фаза обладает большой константой одноосной магниток-ристаллографической анизотропии K1 с легким направлением намагничивания, совпадающим с осью с. В последние годы интенсивно исследуются плёночные сплавы CoxPti-x, так как имеют уникальные магнитные и структурные свойства, необходимые для различных практических приложений [4-6]. В CoPt образцах ¿10-фаза была обнаружена при отжиге во многих системах, в частности, в пленках интерметаллических сплавов [6], мультислоях [7], подробно исследуются фазовые превращения типа A1 (разупоря-доченный) ^ L11 ^ A1 ^ L10 [8; 9] и в пленках c текстурой CoPt(111), приготовленных с использованием подслоя Pt(111) [10].

Исходные пленочные образцы для последующего отжига чаще всего изготавливаются методами соис-парения элементов с помощью магнетронного распыления либо приготавливаются в виде мультислойных систем на монокристаллических подложках из Mg0(001), MgO(111), Al2O3 и др. [8; 9; 11; 12]. Одним из предлагаемых нами способов является использование межслойных химических взаимодействий в двухслойных структурах под воздействием термической обработки [13]. Однако публикаций, связанных с изучением твёрдофазных реакций между элементными Co- и Pt-реагентами, в литературе недостаточно [14]. Кроме того, крайне мало публикаций об условиях формирования и упорядочения ^Pt- и CoP^-фаз, и полностью отсутствуют данные о магнитных свойствах тонких плёнок этих фаз, синтезированных с помощью твердофазных реакций. Полагаем, что важную информацию об условиях формирования и упорядочения CoPt-, CoP^-фаз в течение роста исходных структур и постростовых отжигов может дать изучение

твердофазных реакций между элементными Со- и Р-реагентами.

В данной работе исследуется твердофазный синтез различных фаз, изготавливаемых путем последовательного отжига двухслойной структуры Р-Со(001)/Р1(111) с различным атомным соотношением элементов, осажденных на монокристаллическую подложку MgO. Исследуются процессы формирования фаз в процессе твердофазного синтеза под воздействием термообработки, структурные, магнитные и анизотропные свойства синтезируемых фаз.

2. Образцы и методика эксперимента

Исходные Со(001)/Р^111) плёночные структуры получены последовательным термическим осаждением слоя Со с кубической кристаллической решеткой и Р1 из мишени, распыляемой с использованием методики магнетронного распыления на монокристаллическую подложку Mg0(001) в вакууме 10-6 торр. В экспериментах использовались образцы с 1Со:3Р1 и 1Со:1Р1 атомным отношением общей толщиной порядка 300 нм. Осаждение слоёв велось при температуре 250-280 °С, при которой происходил эпитакси-альный рост Со(002) и Рг(111) на Mg0(001)-поверхности без протекания твёрдофазной реакции между слоями.

Намагниченность насыщения М8, константы маг-нитокристаллической анизотропии и кривые крутящих моментов измерялись в анизометре с максимальным магнитным полем 18 кЭ. Крутящие моменты в плоскости пленки Ь\ \ (ф) приведены на единицу объёма плёнки в относительных единицах. Рентгеноф-луоресцентный анализ был использован для определения толщин Со- и Р^слоев. Идентификация образующихся фаз была проведена на дифрактометре ДРОН-4-07 (СиКа-излучение). Рентгенографические исследования эпитаксиальной ориентации фаз проведены на дифрактометре РЛМа1уйса1 Х'РеП РЯ0 с матричным твердотельным детектором Р1Хсе1. Степень упорядочения (т) фазы ¿10-СоР1 определялась путем уточнения заполняемости соответствующих атомных позиций Со и Р1 в структуре методом полнопрофильного рентгеноструктурного анализа. Все исходные Pt(111)/p-Со(001)/Mg0(001) образцы подвергались термическому отжигу в температурном диапазоне от 250 до 850 °С с шагом 50 °С и выдержкой при каждой температуре 40 мин.

3. Результаты эксперимента

Атомное соотношение Со/Р! ~ 1/3. На рис. 1 представлены дифрактограммы исходного двухслойного образца Со/Р1 и дифрактограммы с этого же образца после отжигов при Т = 500 и 850 °С. Исходный образец содержал только рефлексы р-Со(001) и Р!( 111) (рис. 1, а), что указывает на Р1(111)/Со(001)/М^(001) эпитаксиальный рост. Анализ рентгеновских измерений показывает, что слои Со и Р1 растут в соответствии с ориентационными соотношениями Р1(111)[-110] || р-Со(001)[110] || Mg0(001)[001]. Кривая крутящих моментов для исходного образца показала (рис. 2, а), что в структуре

слой кубического кобальта имеет двухосную анизотропию К^р-Со) с лёгкими осями, направленными вдоль [110] и [1-10] подложки MgO(OOl) и константой ~ 5,0 • 105 erg/cm3, совпадающей с первой константой магнитокристаллографической анизотропии массивного кобальта. Значения коэрцитивной силы HC ~ 100 Oe, константы K4 и ориентационные соотношения р-Со[001] || Mg0(001)[001] были типичными для Со(002)-плёнок на Mg0(001), полученных различными способами [14]. Последующее осаждение Pt-слоя не меняло магнитных характеристик первоначальной кобальтовой плёнки.

10000 8000 6000 4000

10000 8000

£С '■ MgO ■ ■ а

\ R I

£ MgO , б

1

! \ §

J ^

PV

29 (°)

Рис. 1. Формирование кубической фазы СоИ3 при термообработке в двухслойной системе Со/Р1 с атомным соотношением элементов 24/76, осажденной на монокристаллическую подложку Mg0: слоистая структура Mg0(001)/ Р-Со(001)/Р1;(111), изготовленная при температуре подложки (Т3) 250 °С (а); температура отжига слоистой структуры при Тап 500 °С (б); температура отжига

структуры 850 °С (в)

Lи(ф) (а.и.)

500 400 300 200 100 0 -100

-200 ^

-300 ^ 9 (°)

0

0

0

35

45

50

Рис. 2. Эволюция кривых крутящего момента Ьц(ф) в плоскости P-Со(001)/Pt(111)/Mg0(001) плёночной системы: исходный образец (а), после отжига при Т = 500 °С (б) и 850 °С (в)

Отжиги при Т = 500 и 850 °С способствуют формированию пленки эпитаксиального кубического соединения CoPt3 c ГЦК (^даЗда)-решеткой, параметр которой составлял величину a = 3,856 А при отжиге 500 оС и а = 3,852 А при отжиге 850 °С. Небольшая разница в значениях параметра решетки, тем не менее, приводит к значительному различию в магнитных и магнитоанизотропных параметрах синтезированной фазы СоР^.

На рис. 2, б, в приведены кривые крутящего момента для двух температур отжига. Отжиг при Т = 500 °С, не меняя характера кривой для исходной пленки, способствует наведению вращательной анизотропии. Это анизотропия, легкую ось которой можно повернуть наложением магнитного поля и которая носит обменный характер [15]. В результате этого кривая крутящих моментов располагается сверху при намагничивании в одном направлении и снизу при намагничивании в другом направлении.

Анализируя полученные данные по параметрам решетки, анизотропным свойствам и рентгеновские спектры (см. рис. 1), можно предположить, что появление вращающейся обменной анизотропии при температуре отжига 500 °С связано с обменной связью магнитной фазы СоР^ с непрореагировавшей частью Pt(200), магнитно поляризованной [10]. Отжиг при Т = 850 °С приводит к полному формированию эпитаксиаль-но упорядоченной СоР^-фазы, максимально ориентированной по направлению [111] (см. рис. 1, в). Пленка CoPt(111), отожженная при Т = 850 °С, практически не характеризуется анизотропными свойствами (см. рис. 2, в) благодаря тому, что вторая константа магнитокристаллической анизотропии K2(CoPt(111)) становится близкой к 0.

В пользу предположения о неполном формировании СоPt3-фазы (при Т = 500 °С) свидетельствует зависимость намагниченности насыщения от температуры отжига (рис. 3). Температура отжига в 500 °С является началом твердофазной реакции, а сформированная при этом фаза имеет намагниченность примерно на 20 % меньше намагниченности исходной структуры.

M/a.u.)

TXC)

Рис. 3. Зависимость намагниченности насыщения в единицах относительной намагниченности исходной структуры от температуры отжига

Атомное соотношение Со/Pt ~ 1/1. Для получения кубического соединения CoPt, упорядоченного по типу L10 с тетрагональным искажением, необходим эквиатомный состав [2]. Упорядоченная L^-фаза обладает высокими значениями константы одноосной магнитокристаллографической анизотропии Кь при этом легкое направление намагничивания совпадает с осью с. Необходимый химический элементный состав для формирования L^-фазы согласно диаграмме состояний был получен путем дополнительного осаждения слоя Со на синтезированные пленки ^Pt3 (см. рис 1, в) и представлен в таблице. Полученная таким образом структура Co/CoPt3 вновь отжигалась при Т = 850 °С в течение 40 мин.

Химический состав исходных пленок Со/Р1 до и после дополнительного нанесения слоя Со

Было Стало

Pt 76 а!% 45,3 а!%

Со 24 а!% 54,7 а!%

На рис. 4 показаны рентгеновские спектры синтезированных таким образом образцов. Из рисунка видно, что в исследуемой системе формируются две эпи-таксиальные кубические фазы: £12-СоР13(111) - ЕтЗт с параметром решетки а = 3,856 А и £1о-СоР1(111) -РтЗт с параметром а = 3,755 А. Ориентационные соотношения относительно граней подложки М^О составляют выражения:

Эпитаксия: СоРг(111)[-110] || Mg0(001)[110]; СоРг3(111)[-110] || мgO(00l)[ll0].

Вновь сформированная !10-СоР1 фаза растет эпи-таксиально на базе предварительно синтезированной £12-СоР13 фазы с тем же ориентационным соотношением. Этот факт характеризует технологическую возможность влияния на рост и формирование нужных соединений с необходимой кристаллографией в данной системе элементов. Синтезированный образец, состоящий из двух магнитных фаз, имел намагниченность насыщения, сопоставимую со значением М8 для пленки £12-СоР13 (рис. 3), плоскостную анизотропию с К = 5,6-105 эрг/см3 и НС ~ 103 Ое.

На рис. 5 приведены кривые крутящего момента для синтезированной пленки, имеющей состав, близкий к эквиатомному и отожженной при температуре 850 °С. Кривая крутящих моментов располагается сверху при намагничивании в одном направлению и снизу при намагничивании в другом направлении, однако в отличие от пленки состава Со/Р! = 1/3 состоит из 12 пиков для обоих направлений намагничивания. Логично предположить, что количество максимумов определяется специфической ориентацией образующихся кристаллов (111) относительно кристаллических плоскостей подложки Mg0.

Эпитаксиальные ориентации кристаллитов СоР!(111) и СоР!3(111) были определены с помощью рентгенографических исследований с использованием ф-сканирования. На рис. 6 приведены результаты асимметричного ф-сканирования отражений (113)

от подложки М^О и отражений {311} и {211} от синтезированных фаз СоР1, СоР1:3 после отжига при Т = = 850 оС. Темные пятна на рис. 6 соответствуют дифракционным отражениям, зарегистрированным при соответствующем угле ф поворота образца вокруг оси, перпендикулярной подложке. При повороте образца на 180° регистрируются 6 затенений, что соответствует числу максимумов на кривой крутящих моментов при намагничивании в одну сторону (рис. 5). Исходя из кристаллографической ориентации сформированных фаз СоР1:(111) и СоР1:3(111), можно предположить, что рост кристаллитов происходит на базе Р1( 111) по диагоналям подложки MgO, как это схематично показано на рис 7.

Отметим, что отжиг пленки с атомным соотношением Со/Р1: = 1/1 при Т = 850 °С также способствует наведению вращательной анизотропии, носящей обменный характер, легкую ось которой можно переориентировать наложением магнитного поля. В результате этого кривая крутящих моментов располагается сверху при намагничивании в одном направлении и снизу - при намагничивании в другом. Анализируя полученные рентгеновские спектры (рис. 4) и особенности анизотропных свойств, можно предположить, что появление вращательной анизотропии при температуре отжига 850 °С обусловлено обменным взаимодействием двух сформированных упорядоченных фаз СоР1:(1111) и СоР!3(111) с ферромагнитным порядком [15].

о о

О га

35

40

45

50

55 85

95

29 (°)

Рис. 4. Формирование кубических фаз в системе Со/СоР113(111 )/MgO с атомным отношением элементов Р1/Со = 45,3/54,7 после отжига при Т = 850 °С

L ||(ф) (а.и.)

Рис. 5. Кривые крутящих моментов для пленки эквиатомного состава, отожженной при 850 °С

CoPt(111){311} CoPt(111){211} CoPt3(111){311} CoPt3(111){211}

360

315

270

225

180

135

90

45

360

315

270

225

180

135

90

45

85 86

45

■ - : --- i л...-, . л T ,■

--.----

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

60 61 62

360

315

270

225

180

135

90

360

315

270

225

180

135

90

45

■ Л' •. :• ..-:-•

■ -'■:"■■':•' --..¿чШу : ' ■ У-

шЯш

■i ¿V

ШШШШш

■ ■ ■ • '

- -

360

315

270

225

180

135

90

45

82 83 84

58 59 60

74 75 76

Рис. 6. Результаты асимметричного ф-сканирования отражений {311} {211} от пленки CoPt(111) -(a, б) и тех же отражений от пленки СоР^(111) (в, г), отражения {113} от подложки MgO (д). Температура отжига Тотж ~ 850 °С. Темные пятна соответствуют дифракционным отражениям, зарегистрированным при соответствующем угле ф поворота образца вокруг оси, перпендикулярной подложке

[001]

б

д

a

в

г

0

0

0

0

0

[100]

Рис. 7. Схема ориентаций кристаллитов CoPt (111) и CoPt3(111) относительно граней подложки Mg0(100)

4. Заключение

По итогам проведенных исследований показано, следующее:

1. В двухслойных пленке Р-Со/Р^111) с атомным соотношением элементов 1/3, осажденной на монокристаллической подложке Mg0(001), в результате твердофазной химической реакции при термообработке формируется кубическая фаза CoPt3 с плоскостью (111). Это позволяет предположить, что кобальт диффундирует в платину, кристаллографическая ориентация которой становится определяющей.

2. Добавление к синтезированному образцу CoPt3(111) кобальта до атомного состава Со/Pt = 1/1

способствует формированию высокоанизотропной фазы СоР1 при термообработке. При этом ориентация вновь образованной фазы (111) повторяет ориентацию предыдущей. Технологически установлено, что с помощью твердофазного синтеза существует возможность влиять на формирование необходимой фазы с помощью регулирования нужного соотношения атомного состава реагентов и температуры.

3. Анизотропия синтезированных фаз обладает свойствами вращающейся анизотропии, легкая ось которой переключается при смене направления приложенного магнитного поля. Природа эффекта, на наш взгляд, заключается в обменном взаимодействии сформированных магнитных фаз.

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант №15-02-00948. Авторы статьи выражают благодарность Леониду Александровичу Соловьеву за проведение ф-сканирования.

Acknowledgment. This work was financially supported by RFFI grant No. 15-02-00948. The authors are grateful to Solovyov Leonid Aldeksandrovich for conducting ф-scan.

Библиографические ссылки

1. Interplay between structural and magnetic properties of L1(0)-FePt(001) thin films directly grown on Mg0(001) / F. M. Almeida [et al.] // J. of Applied Physics. 2009. P. 105.

2. Size and shape effects on the order-disorder phase transition in CoPt nanoparticles / D. Alloyeau [et al.] // Nature Mater. 2009. P. 940.

3. Influence of cristal structure on the perpendicukar magnetic anisotropy of an epitaxial CoPt alloy / J. C. A. Huang [et al.] // J. of Applied Physics. 1999. P. 85-90.

4. Initial preorder as condition for L10 ordering in ultrathin CoPt films / L. Reichel [et al.] // J. of Applied Physics. 2013. P. 114.

5. Electric-field control of surface magnetic anisotropy: a density functional approach / H. Zhang [et al.] // New J. Physics. 2009. Vol. 11. P. 51-57.

6. On the relationship of magnetocrystalline anisotropy and stoichiometry in epitaxial L10 CoPt (001) and FePt (001) thin films / K. Barmak [et al.] / J. of Applied Physics. 2005. P. 98.

7. Enhancement of perpendicular magnetic anisotropy through reduction of Co-Pt interdiffusion in (Co/Pt) multilayers / S. Bandiera [et al.] // J. of Applied Physics. 2012. Vol. 100. P. 42-47.

8. Evolution of structure and magnetic properties of sputter-deposited CoPt thin films on Mg0(111) substretes / A-Ch. Sun [et al.] // Scripta Materials. 2009. P. 61-73.

9. Structural studies of high-Ku metastable CoPt thin fikms with long-range order / Fu-Te Yuan [et al.] // J. of Applied Physics. 2012. P. 111-116.

10. Lin C.-J., Gorman G. L. Evaporated CoPt Alloy films with strong perpendicular magnetic anisotropy // J. of Applied Physics, 1992. P. 1600.

11. Low temperature growth of FePt and CoPt films on Mg0(111) substrate / F.-T. Yuan [et al.] // J. of Applied Physics. 2011. P. 109.

12. MBE-Growth of Chemically-0rdered Co-Pt and Fe-Pt Alloy Phases / R. F. C. Farrow [et al.] // The epitaxial growth process. 1994. P.106.

13. Magnetic and Structural Properties of Granular Films Al203-FePd3 Synthesized by Aluminothermy / В. С. Жигалов [и др.] // Solid State Phenomenon. 2014. P. 215-218.

14. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез в эпитаксиальных Pt/Co/Mg0(001) тонких пленках / В. Г. Мягков [и др.] // Физика твердого тела. 2000. T. 42. C. 937.

15. Суху Р. Магнитные тонкие пленки. М. : Мир, 1967. 175 с.

References

1. Almeida F. M., Planckaert N. et al. Interplay between structural and magnetic properties of L1(0)-FePt(001) thin films directly grown on Mg0(001). Journal of Applied Physics. 2009, p.105-110.

2. Alloyeau D., Ricolleau C., Mottet C. et al. Size and shape effects on the order-disorder phase transition in CoPt nanoparticles. Nature Mater. 2009, p. 940.

3. Huang J. C. A., Hsu A. C., Lee Y. H., Wu T. H., Lee C. H. Influence of cristal structure on the perpendicukar magnetic anisotropy of an epitaxial CoPt alloy. Journal of Applied Physics. 1999, p. 85-90.

4. Reichel L., Fahler S., Schultz L., Leistner K. Initial preorder as condition for L10 ordering in ultrathin CoPt films. Journal of Applied Physics. 2013, p. 114.

5. Zhang H., Richter M., Koepernic, Opahle I., et al. Electric-field control of surface magnetic anisotropy: a density functional approach. New Journal Physics. 2009, vol. 11, p. 51-57.

6. Barmak K., Kim J., Lewis L.H., Coffey K.R. et al. On the relationship of magnetocrystalline anisotropy and stoichiometry in epitaxial L10 CoPt (001) and FePt (001) thin films. Journal of Applied Physics. 2005, p. 98.

7. Bandiera S., Sousa R. S., Rodmacg B., Dieny B. Enhancement of perpendicular magnetic anisotropy through reduction of Co-Pt interdiffusion in (Co/Pt) multilayers. Journal of Applied Physics. 2012, vol. 100, p. 42-47.

8. Sun A.-Ch.. , Yuan Fu.-Te., Hsu J.-H., Lee H. Y. Evolution of structure and magnetic properties of sputter-deposited CoPt thin films on Mg0(111) substretes. Scripta Materials. 2009, p. 61-73.

9. Yuan Fu.-Te., Hsu J.-H., Lin Y.-H., Hsiao S. N., Lee H. Y. Structural studies of high-Ku metastable CoPt thin fikms with long-range order. Journal of Applied Physics. 2012, p. 111-116.

10. Lin C.-J., Gorman G. L. Evaporated CoPt Alloy films with strong perpendicular magnetic anisotropy. Journal of Applied Physics. 1992, p. 61.

11. Yuan F.-T., Sun A. C., Mei J.-K., Liao W. M. et al. Low temperature growth of FePt and CoPt films on Mg0(111) substrate. Journal of Applied Physics. 2011, p. 109.

12. Farrow R. F. C., Harp G., Weller D., Marks R. F., Toney M. F., Gebollada A. MBE-Growth of Chemically-0rdered Co-Pt and Fe-Pt Alloy Phases. The epitaxial growth process. 1994, p. 106.

13. Zhigalov V. S., Myagkov V. G., Semyachkov V. A. Magnetic and Structural Properties of Granular Films Al203-FePd3 Synthesized by Aluminothermy. Solid State Phenomenon. 2014, p. 215-218.

14. Myagkov V. G., Lee L. А., Bykova L. E., Turpanov I. A. [Self-propagating high temperature synthesis in epitaxial Pt / Co / MgO (001) thin films]. Fizika tverdogo tela. 2000, vol. 42, p. 937 (In Russ.).

15. Sukhu R. Magnitnye tonkie plenki [Magnetic thin film]. Moscow, Mir, 1967, 175 p.

© Жигалов В. С., Мягков В. Г., Рыбакова А. Н., Турпанов И. А., Бондаренко Г. Н., 2015

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.