CC BY
70
Физика твёрдого тела
УДК 539.216.2:537.627.6
СУБСТРУКТУРА И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЁНОК ФЕРРОШПИНЕЛЕЙ
Л. А. Митлина, Г. С. Бадртдинов, Ю.В. Великанова,
М. Р. Виноградова, Н. В. Мелешко, И. В. Никифорова
Самарский государственный технический университет,
443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244.
E-mails: gregori2000@mail. ru, juliavl@mail .ru
Анализируются результаты исследования статических и динамических магнитных свойств монокристаллических плёнок феррошпинелей. Показано, что магнитные свойства плёнок зависят от химического состава, степени дефектности структуры и технологических условий синтеза. Установлено, что при уменьшении скорости охлаждения плёнок от температуры синтеза возможно изменение валентности железа, что существенно влияет на магнитные параметры плёнок.
Ключевые слова: пластическая деформация, дислокации, коэффициент затухания, время релаксации, диэлектрические и магнитные потери.
Введение. Монокристаллические плёнки феррошпинелей привлекают внимание исследователей в связи с возможностью наблюдения некоторых физических свойств, которые затруднительно изучать в объёмных кристаллах, и технологическими преимуществами при их использовании для создания различного рода устройств техники [1].
В процессе синтеза и охлаждения в монокристаллических плёнках фер-рошпинелей, полученных газофазным методом на окиси магния, некоторая доля термических и гетероэпиксиальных напряжений релаксирует за счёт образования дислокаций [2]. Дополнительная генерация дислокаций происходит при разориентации зародышей, поскольку рост плёнок феррошпинелей осуществляется трёхмерным зародышеобразованием [3]. Кроме того, в условиях хлоридного процесса синтеза плёнок феррошпинелей трудно осуществить получение точного стехиометрического состава, так как он достигается лишь при строго определённом сочетании температуры и парциальных давлений в газовой среде. Отклонение от стехиометрии эквивалентно присутствию в кристалле точечных дефектов [2, 4].
Людмила Александровна Митлина (д.ф.-м.н., проф.), профессор, каф. общей физики и физики нефтегазового производства. Григорий Сайдашевич Бадртдинов, аспирант, каф. общей физики и физики нефтегазового производства. Юлия Владимировна Великанова (к.ф.-м.н., доц.), доцент, каф. общей физики и физики нефтегазового производства. Маргарита Рудлъфовна Виноградова (к.ф.-м.н., доц.), доцент, каф. общей физики и физики нефтегазового производства. Наталья Витальевна Мелешко (старший преподаватель), каф. общей физики и физики нефтегазового производства. Ирина Владимировна Никифорова, аспирант, каф. общей физики и физики нефтегазового производства.
Поскольку субструктурную неравновестность при получении плёнок фер-рошпинелей нельзя полностью устранить, необходимо рассмотреть возможность управления типами точечных дефектов, плотностью и распределением дислокаций с помощью технологических условий, а также установить влияние дефектов на статические и динамические магнитные свойства плёнок.
Данное исследование является продолжением работ [1, 5-7] по изучению магнитных свойств плёнок феррошпинелей, обладающих большой величиной намагниченности насыщения (~ 3000 4 4000 Гс), высокими внутренними полями магнитной анизотропии (~ 100 4 200 Э), перспективных для разработки спин-волновых устройств в высокочастотной областях СВЧ-диапазона, включая миллиметровый [8].
1. Объекты и методы исследований. Для исследования были выбраны плёнки исходного состава МпжРез_ж04, с х = 1; 0,65 и многокомпонентного феррита лития с добавками марганца (Мп), титана (Т1), висмута (В1) и цинка ^п), выращенные методом химических транспортных реакций на сколах (001)-плоскости окиси магния.
По данным микроструктурного анализа, проведённого на микроанализаторе “Сатеса”, и рентгеноструктурного анализа синтезированные образцы исходного состава МпжРез_ж04 однофазны и имеют структуру феррошпинели. Химический состав плёнок, полученных при температуре синтеза Тс ~ 130041370 К, соответствует х = 1,22; постоянная решётки а ~ 8,52148,538 А. Для химического состава плёнок, полученных при Тс ~ 1100 41200 К, характерно значение х = 1,23; постоянная решётки а ~ 8,522 4 8,540 А.
Химический состав плёнок исходного состава МпжРез_ж04 с х = 0,65, полученных при скорости охлаждения 343,6 град/с, зависит от температуры синтеза и отношения давления хлористого водорода и воздуха Рцс\/Рвазд-плёнка Мпо;78Ре2,з204 (образец 1) получена при Тс ~ 1370 К, скорости роста ур ~ 0,05 мкм/с и Рцс\/-Рвозд ~ 0,66; плёнка Мпо^РегС^ (образец 2) получена при Тс ~ 1350 К, ур ~ 0,02 мкм/с и Рнсл/^возд ~ 0,88; плёнка Мпо,93^2,3204 (образец 3) — при Тс ~ 1250 К, г>р ~ 0,02 мкм/с и Рнсл/^возд ~ 1,02.
Плёнки литиевой шпинели состава 1ло,б5 Ре^б Т1о;д О4 + 0,15 М11О2 + + 0,002 В1г Оз (образец 4), 1ло,б Рв1,8 Т1о,4 О4 + 0,15 М11О2 + 0,002 В1г Оз
(образец 5), Ь1о)55Ре2)2з2под804 + 0,1 М11О2 + 0,002 В120з (образец 6), получены при Тс ~ 27041370 К, РНС1 ~ 1,1 • Ю3 41,6-103 Па, Рвозд ~ 1,6-103 42,66 х х 103 Па. Плёнка образца 5 имеет следующий состав: Ыо^бРег^Яп^оэТ^огС^.
Исследование спектров ферромагнитного резонанса (ФМР) проводились в трёхсантиметровом диапазоне длин волн. Исследование морфологии растущей поверхности плёнок и дислокационной структуры проводилось оптическим методом с использованием микроскопа МБИ-6. Дислокационная структура выявлялась методом химического травления в кипящем растворе НС1/Н2О ~ 1/1. Внутренние напряжения оценивались по термическим напряжениям, возникших после охлаждения плёнки от температуры синтеза, с учётом соотношений толщины плёнки и подложки [9, 10]. Намагниченность насыщения измерялась с помощью магнитометра.
2. Результаты эксперимента и их обсуждение. Результирующая дислокационная структура эпитаксиальных феррошпинелей существенно зависит от скорости, от температуры синтеза и скорости охлаждения по окончании процесса наращивания [5, 10]. Это означает, что термические напряжения, возникающие в гетероструктуре феррит-оксид магния в процессе их охлаждения,
также могут релаксировать с образованием дислокаций и перестройкой дислокационных ансамблей.
Феррошпинелп имеют слегка искаженную гранецентрпрованную плотно упакованную решетку. В кристаллах с ГЦК-решёткой наиболее вероятны дислокации с вектором Бюргерса а,/2(110), плоскостями скольжения являются плоскости {111}. Однако для нестехиотетрических феррошпинелей [11] первичной системой скольжения является система {110} (110). Объясняется это тем, что октаэдрические катионные вакансии во время деформации диффундируют к дислокациям, делая благоприятным для скольжения плоскости {110}.
Процесс пластической деформации для плёнок магний-марганцевых ферритов [5] и для других материалов [12, 13] характеризуется кристаллографич-ностью, заключающейся в том, что деформация кристаллов осуществляется путём относительного перемещения их различных частей по определённым кристаллографическим плоскостям вдоль определённых кристаллографических направлений [5].
Распределение дислокаций в плёнках феррошпинелей существенно влияет на величину и знак магнитной анизотропии [5], на СВЧ-свойства [7, 14, 15] плёнок феррошпинелей.
Рассмотрим влияние распределения дислокаций на параметр затухания волн и время релаксации.
Экспериментальные данные из спектров ферромагнитного резонанса [16] позволяют рассчитать эффективный параметр затухания а = АН/Нрез, где АН — полуширина резонансной кривой, Нрез — резонансное поле, и эффективное время релаксации т = (еш;)-1, где ш — частота, на которой проводились исследования.
Результаты исследований (табл. 1) показали, что для образцов исходного состава Mnj.Fe3_j.O4 с х = 1,22, полученных при Тс ~ 1300 К (образцы 7-9), наблюдаются минимальные значения коэффициента затухания, а время релаксации т составляет ~ 10“9 с. Для этих образцов характерны минимальный градиент термических напряжений (~ 5 4 7 МПа по толщине образца),
хаотическое распределение дислокаций по 0 •, тт
1 1 ^ ^ ^ Рис. 1. Дислокационная структу-
поверхности образца и короткие скопления ра плёшж Мпі,22Реі,г804 толщиной (рис. 1), высокое удельное сопротивление р 20 МКМ (х 1500)
(~ 10_6 Ом-см) и незначительная скорость роста (~ 0,04 мкм/с).
Для образцов Mnj.Fe3_j.O4 с х = 1,23, полученных при Тс ~ 1200 К (образцы 10-12), наблюдаются увеличение коэффициента затухания (почти в 2 раза) и изменение времени затухания (на один порядок). Для этих образцов характерны увеличение градиента термических напряжений (до ~ 8 4 9 МПа по толщине образца) и ориентированные скопления дислокаций по поверхности образца (рис. 2).
Наибольшие изменения коэффициента затухания с частотой наблюдаются у образцов Mnj.Fe3_j.O4 с х = 1,22 (табл. 2), выращенных с высокой скоростью (0,1 4 0,086 мкм/с) при Тс ~ 1330 К (образцы 13, 14). Они имеют
Г '
'ЩШ
/У / ^ ^ л
у ■ //- •/
' . ^Л«6
’ ш * $. у-
а б
Рис. 2. Дислокационная структура плёнок Мщ^зГе^ттСЫ толщиной 30 мкм (х 350) при г’охл ~ 5 град/с (а) и г>ОХл ~ Ю град/с (б)
градиент термических напряжений ~ 20 4- 29 МПа по толщине образца и высокую плотность ориентированных скоплений дислокаций (рис. 3).
Для плёнок состава Мпо,б5Ре2,зб04 (образцы 1-3), полученных при скорости охлаждения 5 град/с, недонасыщение хлористого водорода приводит к росту ионов Ре2+ в плёнке, о чём свидетельствуют данные о концентрации химических доноров Жхд [4].
У образца с избыточным содержанием двухвалентных ионов железа (образец 1) значение коэффициента затухания а почти в три выше значений остальных образцов, а время релаксации составляет Ю-10 с (табл. 3).
Для применения ферритов в высокочастотной технике существенные значения имеют магнитные и диэлектрические потери. Диэлектрические свойства характеризуются диэлектрической проницаемостью е и тангенсом угла диэлектрических потерь [16, 17]:
1^4- = е"/е',
где е' и £н — компоненты комплексной диэлектрической проницаемости.
Таблица 1
Коэффициенты затухания и время релаксации плёнок исходного состава МпРе204
№ образца с/, мкм /, ГГц Тс, К ур, мкм/с ^ОХЛ ) гр/с а[юо] • 10“ Т[Ю0] • 109, с
7 17 8,82 1330 0,036 3,3 0,97 1,85
8 22 8,82 1330 0,036 5 1,08 1,67
9 20 8,82 1330 0,036 10 0,99 1,82
10 30 10,89 1210 0,046 3,2 1,6 0,91
И 30 10,89 1210 0,047 5 2,26 0,65
12 30 10,89 1210 0,049 10 2,07 0,72
Таблица 2
Коэффициенты затухания и время релаксации плёнок состава на
различных частотах
№ об- Коэффициент затухания О[юо] • 10і Время релаксации Т[100] • 101и, с
разца 8,82 ГГц 9,75 ГГц 11,40 ГГц 8,82 ГГц 9,75 ГГц 11,40 ГГц
8 1,22 1,37 1,4 14,7 11,9 9,5
13 1,25 1,70 2Д 14,4 11,6 6,8
14 1,55 2,02 2,7 11,0 8,0 5,0
Таблица 3
Коэффициенты затухания и время релаксации плёнок состава Мпо.65Гс2.з5О4 на
частоте 10,89 ГГц
№ образца Жхд • 10^ь, м-а <Уе • ю4 • 103 а[юо] • 10“ Т[Ю0] • 101и, С
1 12,7 6,3 2,4 2,77 5,27
2 8,3 3,4 3,0 0,69 2,12
3 7,5 2,8 1,0 1,08 1,35
Величина магнитных потерь определяется как
где /л1 и ц" — компоненты комплексной магнитной проницаемости. Исследования плёнок марганцевых ферритов [2] показали, что 1^<5гг ~ 10-4,
~ 1,3 х 10-2 4- 2,6 • 10-2.
Для плёнок состава Мпо,б5Ге2,з5С>4 наибольшие диэлектрические И маг- рис. з. Ориентированные скопления дисло-нитные потери соответствуют составу каций в плёнках состава Мп1,22Ре1,7804 тол-С избыточным содержанием Ре2+ (см. щиной 40-50 мкм, выращенньк при скоро
с о е. 1 1 сти роста ОД 0,086 мкм/с (х350)
табл. 3, образец 1). 1 7 v '
Для плёнок многокомпонентных литиевых ферритов коэффициенты затухания и время релаксации на частоте 10,87 ГГц изменяются для образцов 4-6 следующим образом: а[юо] 7,8 • 10“2 4 1,58 • Ю“2, т[100] ~ 1,78 • 10“9 4 9,25 х х 10“10 с, о;[но] ~ 1,8-10—2 4 3,0-10“2, Т[110] ~ 8,3-10_1О45,7-10_1° с, а фактор спектроскопического расширения — дэфф ~ 2,12 4 1,98 [18].
На частоте ~ 9,24 ГГц коэффициенты затухания арен] (в магнитных полях перпендикулярных ПЛОСКОСТИ Плёнки) На ПОРЯДОК НИЖе, Чем СК[юо] (в п0_
лях ориентированных в плоскости). Для образцов 4 и 5 соответственно имеем ог[оо1] ~ (1,22 • 10_3 4 3,16 • 10_3, ог[юо] ~ 2,74 • 10-2 4 6,4 • 10_3. Время релаксации составляет ~ 10-8 4 10-9 с, эффективная намагниченность насыщения — ~ 3724 4 3452 Гс, а фактор спектроскопического расширения 5эфф ~ 1,83 4 1,74. Таким образом, коэффициенты затухания и время релаксации в плёнках феррошпинелей не противоречит данным для объёмных феррошпинелей [16, 17].
Исследование резонансных полей по направлениям [100], [110], [001] (см. табл. 4) позволяют определить эффективную намагниченность насыщения, поле анизотропии и фактор спектроскопического расщепления (табл. 5) из следующих соотношений [16,19]:
2Я2 + Я|1001 - (Я|1001)2 + 4Я2Я|100]
Мэфф =-------------------------------------------;
= (Я}1101 - я{1001)(47гМэфф + Я}1001 + Я}1101) _
втгМзфф + 2Я|100] + 1ЯГ ш
7эфф = 2//2 1,т.\/100 • //,/ 5эфф = 2^ФФ'тс/е-
Здесь 7эфф — эффективное значение магнитомеханического соотношения, по которому находится гиромагнитный фактор <?эфф; w — частота ФМР; Hk—
тт[110] и[Ю0]
поле анизотропии; Н[ и Н[ —резонансные поля в плоскости пленки; Н2 — резонансное поле нормальное к плоскости плёнки. Определив резонансные поля, можно вычислить константу кристаллографической анизотропии Hk = 2K\/MS, фактор спектроскопического расщепления, начальную магнитную восприимчивость % = M2/(3i^i), а также магнитную проницаемость V = 1 + 4тг% [17].
Результаты для рассматриваемых плёнок представлены в табл. 5. Данные по магнитной проницаемости на частоте 9,6 ГГц не противоречат данным для объёмного феррита марганца [20].
Плёнкам с составом с х = 1,22 (образцы 13, 18, 19) соответствуют меньшие значения констант кристаллографической анизотропии и поля анизотропии, что обусловлено положительным вкладом в 1 ионов Fe2+ [21].
Между гиромагнитным отношением и фактором спектроскопического расщепления g существует соотношение 1/g + 1 /д' = 1 [17], из которого легко подсчитывается g-фактор для рассматриваемых плёнок (см. табл. 5).
Уменьшение скорости охлаждения от 10 град/с до 3,3 град/с приводит к росту эффективного фактора спектроскопического расщепления: для плёнок с х = 1,23 — ^эфф ~ 2,034-2,11, для плёнок с х = 1,22 — дэфф ~ 2,084-2,19.
Зависимость фактора спектроскопического расщепления от скорости охлаждения образцов можно объяснить следующим образом. Принятое распределение в феррите марганца Fe^ Мп^ [Mn^ Fe3~g] может при охлаждении
Таблица 4
Технологические условия получения плёнок исходного состава МпхРез ХС>4, параметры ФМР по частоте 9,6 ГГц
№ образца Тс, К Vp, мкм/с V ох л ; град/с Резонансные поля
Щпо], э #[юо] > Э Я2, Э
15 1210 0,06 3,3 2200 1840 6350
И 1180 0,05 5 2160 1880 6600
16 1180 0,04 10 1880 1880 7130
13 1330 0,10 3,3 1970 1732 7450
17 1330 0,08 3,3 2158 1838 7027
18 1330 0,09 5 2100 1834 6730
19 1330 0,09 10 2126 1834 7700
Таблица 5
Намагниченность насыщения, эффективная намагниченность, поля анизотропии и константа анизотропии плёнок исходного состава МпхРез ХС>4
№ образца Мв, Гс 47гМэфф, Гс Нк, Э К1 • 1СГ4, эрг-см~3 <7эфф Ц
15 240 2965 -221 -2,69 1,920 11,55
И 250 3198 -174 -2,17 1,918 12,80
16 260 3594 -178 -2,13 1,967 14,05
13 230 4016 -140 -1,61 1,918 14,80
17 220 3527 -196 -2,15 1,843 10,41
18 230 3348 -164 -1,89 1,934 12,80
19 250 4070 -140 -1,75 1,819 13,68
в интервале температур 1170 4 1270 К нарушаться [22] в связи с переходом Mn2+ + Fe3+ о Mn3+ + Fe2+. Согласно [21] для ионов Мп3+ (конфигурация 3d4), Fe2+, Мп3+ (конфигурация 3d5) д = 2,0, для ионов Fe2+ (конфигурация 3d6) д = 2,2. Переход Fe3+ —> Fe2+ при медленном охлаждения плёнок от температуры синтеза может привести к росту дэфф-
Выводы. Таким образом, результаты эксперимента показали, что статические и динамические магнитные свойства плёнок феррошпинелей зависят от химического состава и субструктуры, сформировавшейся в процессе получения образца.
Данные по динамическим свойствам (коэффициенты затухания, время релаксации, диэлектрические и магнитные потери) не противоречат данным для объёмных ферритов. Оптимальные параметры соответствуют образцам, полученным с низкой скоростью роста и хаотическим распределением дислокаций по поверхности образца.
Изменение эффективного фактора спектроскопического расщепления при снижении скорости охлаждения свидетельствует о возможности перехода Fe3+ -4 Fe2+, что существенно влияет на статические и динамические магнитные параметры плёнок феррошпинелей.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Митлина Л. А., Великанова Ю.В., Виноградова М. Р. Бадртдинов Г. С. Затухание спиновых колебаний и волн в плёнках феррошпинелей // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2005. №34. С. 82-90. [Mitlina L.A., Velikanova Yu. V, Vinogradova M. R., Badrtdinov G. S. Damping of spin fluctuations and waves in spinel ferrite films// Vestn. Samar. Cos. Tekhn. Univ. Ser. Fiz.-Mat. Nauki, 2005. no. 34. Pp. 82-90].
2. Митлина Л. А. Физико-химические основы получения, дефекты структуры и свойства монокристаллических плёнок феррошпинелей // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2004. №30. С. 114-149. [Mitlina L. A. Single crystal spinel ferrite films: physicochemical principles of preparation, structural perfection, and properties (review) // Vestn. Samar. Cos. Tekhn. Univ. Ser. Fiz.-Mat. Nauki, 2004. no. 30. Pp. 114-149].
3. Митлина Л.А., Молчанов В. В., Костылов В. Н. Кинетика образования и структура феррошпинелей при газофазной эпитаксии // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 1996. №4. С. 138-145. [L. A. Mitlina, V. V. Molchanov, V. N. Kostylov Formation kinetics and spinel ferrite structure in gas epitaxy // Vestn. Samar. Cos. Tekhn. Univ. Ser. Fiz.-Mat. Nauki, 1996. no. 4. Pp. 138-145].
4. Митлина Л.А., Харламов А. Д., Колосова И. В., Левин А. Е. Структурные дефекты и явления переноса в эпитаксиальных феррошпинелях // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 1998. №6. С. 46-54. [Mitlina L.A., Kharlamov A.D., Kolosova I. V., Levin A. E. Structural defects and transport phenomena in epitaxial spinel ferrite// Vestn. Samar. Cos. Tekhn. Univ. Ser. Fiz.-Mat. Nauki, 1998. no. 6. Pp. 46-54].
5. Митлина Л.А., Пец А. В., Молчанов В. В. Анизотропия пленочных монокристаллов магний-маргнандевого феррита, наведённая пластической деформацией // Изв. вузов. Физика, 1982. №3. С. 31-34; англ. пер.: Mitlina L.A., Pets А. V., Molchanov V. V. Anisotropy of thin-film single crystals of magnesium-manganese ferrite induced by plastic strain // Russian Physics Journal, 1982. Vol. 25, no. 3. Pp. 217-220.
6. Митлина Л. А., Сидоров А. А., Великанова Ю. В., Виноградова М. Р., Бадртдинов Г. С. Дефекты структуры, кристаллографическая и наведённая анизотропия монокристаллических плёнок феррошпинелей// Неорганические материалы, 2010. Т. 46, №2. С. 253-256; англ. пер.: Mitlina L. A., Sidorov A. A., Velikanova Yu. V, Vinogradova М. R., Badrtdinov С. S. Crystalline and induced anisotropy and structural defects in single-crystal spinel ferrite films // Inorganic Materials, 2010. Vol. 46, no. 2. Pp. 212-215.
7. Митлина Л. А., Сидоров А. А., Бадртдинов Г. С. Несовершенство структуры, магнитные и СВЧ-свойства монокристаллических плёнок марганцевых феррошпинелей // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2008. №1(16). С. 136-140. [Mitlina L.A., Sidorov A. A., Badrtdinov С. S. Imperfection of structure, magnetic and ohf properties of monocrystal films manganous ferrospinel // Vestn. Samar. Cos. Tekhn. Univ. Ser. Fiz.-Mat. Nauki, 2008. no. 1(16). Pp. 136-140].
8. Анфиногенов В. Б., Высоцкий С. Л., Гуляев Ю. В., Зильберман П. Е., Казаков Г. Т., Лу-говской А. В., Маряхин А. В., Медников А. М., Нам Б. П., Никитов С. А., Огрин Ю. Ф., Ползикова Н.И., Раевский А. О., Сухарев А. Г., Темирязев А. Г., Тихомирова М. П., Тихонов В. В., Филимонов Ю. А., Хе А. С. Устройства на основе спиновых волн для обработки радиосигналов в диапазоне 50 МГц - 20 ГГц// Радиотехника, 2000. №8. С. 6-14. [Anfinogenov V.B., Vysotskiiy S. L., Gulyaev Yu. V., Zil’berman P. Ye., Kazakov G. Т., Lugovskoy A. V., Maryahin A. V., Mednikov A. М., Nam B. P., Nikitov S. A., О grin Yu. F., Polzikova N. I, Raevskiy A. O., Suharev A. G., Temiryazev A. G., Tihomirova M. P., Tihonov V. V, Filimonov Yu. A., He A. S. Spin wave based device for signal processing range 50 MHz - 200 HHz // Radiothekhnika, 2000. no. 8. Pp. 6-14].
9. Милъвидский М.Г., Освенский В. Б. Структурные дефекты в эпитаксиальных слоях полупроводников. М.: Металлургия, 1985. 160 с. [Milvidskiy М. G., Osvenskiy V. В. Structural defects in the epitaxial layers of semiconductors. Moscow: Metallurgiya, 1985. 160 pp.]
10. Митлина Л. А., Молчанов В. В., Левин А. Е., Кривошеева Е. В., Великанова Ю. В. Деформационные эффекты в эпитаксиальных феррошпинелях // Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 2002. №16. С. 122-128. [Mitlina L.A., Molchanov V. V, Levin А. Е., Krivosheeva Е. V., Velikanova Yu. V. Epitaxial strain effects in the spinel ferrites // Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ. Ser. Fiz.-Mat. Nauki, 2002. no. 16. Pp. 122-128].
11. Орлов А. И., Семенов В. E. Структура расщепленных дислокаций в ферритах с решёткой шпинели// Кристаллография, 1968. Т. 16, №3. С. 462-470. [Orlov A.I., Semenov V. Е. Structure of split dislocations in ferrites with spinel lattice // Kristallografiya, 1968. Vol. 16, no. 3. Pp. 462-470].
12. Смирнов Б. И. Дислокационные структуры и упрочнение кристаллов. JL: Наука, 1981. 236 с. [Smirnov В. I. Dislocation structure and hardening of crystals. Leningrad: Nauka, 1981. 236 pp.]
13. Панин В. E., Гриняев Ю. В., Данилов В. И. и др. Структурные уровни пластической деформации и разрушения. Новосибирск: Наука. Сибирское отд., 1990. 255 с. [Panin V. Е., Grinyaev Yu. V., Danilov V. I. et al. Structural levels of plastic deformation and fracture. Novosibirsk: Nauka. Sibirskoe Otd., 1990. 225 pp.]
14. Митлина Л.А., Олихов И. М., Белицкий A.M., Харламов А. Д., Сидоров А. А. Повышение уровня СВЧ параметров эпитаксиальных плёнок феррошпинелей путём управления их реальной структурой // Электронная техника. Сер. 1. Электроника СВЧ, 1983. №7. С. 54-58. [Mitlina L.A., Olihov I. М., Belitskiy A.M., Harlamov A.D., Sidorov A. A. Improved microwave parameters of epitaxial spinel ferrites by managing their real structure// Elektronnaya tehnika. Ser. 1. Elektronika SVCH, 1983. no. 7. Pp. 54-58].
15. Митлина Л.А., Сидоров А. А., Харламов А. Д. Неоднородные моды ФМР в плёнках марганцевых феррошпинелей// Изв. вузов. Физика, 1987. №11. С. 57-61; англ. пер.: Mitlina L. A., Sidorov A. A., Kharlamov A. D. Nonuniform FMR modes in manganese ferrospinel films // Russian Physics Journal, 1987. Vol. 30, no. 11. Pp. 952-956.
16. Яковлев Ю. М., Генделев С. Ш. Монокристаллы ферритов в радиоэлектронике. М.: Советское радио, 1975. 360 с. [Yakovlev Yu. М., Gendelev S. Sh. Single crystals of ferrites in radio electronics. Moscow: Sovetskoe Radio, 1975. 360 pp.]
17. Smit J., Wijn. H. P. J. Ferrites: Physical properties of ferrimagneticoxides in relation to their technical applications. Eindhoven (Netherlands): Philips’ Technical Library, 1959. 369 pp.; русск. пер.: Смит Я., Вейн Ч. Ферриты. М.: Ин. лит-ра, 1962. 503 с.
18. Митлина Л. А., Козлов В. И., Сидоров А. А., Васильев А. Л. Магнитные свойства пленок феррошпинелей многокомпонентных составов // Электронная техника. Сер. 6. Материалы, 1985. №2. С. 6-10. [Mitlina L. A., Kozlov V.I., Sidorov A. A., Vasil’ev A.L. Magnetic properties of multicomponent spinel ferrite films // Elektronnaya tehnika. Ser. 6. Materialy, 1985. no. 2. Pp. 6-10].
19. Червинский М. М. Ферромагнитный резонанс в монокристаллических плёнках Mg-Mn феррита// Изв. вузов. Физика, 1968. №9. С. 154-156; англ. пер.: Cheruinskii М. М. Ferromagnetic resonance in single-crystal films of Mg-Mn ferrite // Russian Physics Journal, 1968. Vol. 11, no. 9. Pp. 150-152.
20. Кондорский Е.И., Шахов В. И. Магнитные спектры ферритов систем Mgi_a;Ni;I;Fe204 и Mgi-^Mn^FeaC^ / В сб.: Ферриты: Материалы III Всесоюзн. совещан. Минск: АН БССР, 1960. С. 458-465. [Kondorskiy Ye. I., Shahov V. I. Magnetic spectra of ferrites Mgi_a;Ni;I;Fe204 and Mgi_a;Mn;I;Fe204 / In: Ferrites: Materialy III Vsesoyuzn. soveshchan. Minsk: AN BSSR, 1960. Pp. 458-465].
21. Крупичка С. Физика ферритов и родственных им магнитных окислов. Т. 1. М.: Мир, 1976. 353 с.; ориг: Krupicka S. Physik der Ferrite und der verwandten magnetischen Oxide. Braunschweig: Vieweg-Verlag, 1973. 780 pp.
22. Летюк Л.М., Журавлёв Г. И. Химия и технология ферритов. JL: Химия, 1983. 255 с. [Letjuk L. М., Zuravelev С. I. Chemistry and Technology of Ferrites. Leningrad: Khimiya, 1983. 255 pp.]
Поступила в редакцию 03/XI/2010; в окончательном варианте — 27/V/2011.
MSC: 82D40; 82D25, 74К35
SUBSTRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF SINGLE-CRYSTAL SPINEL FERRITES FILMS
L.A. Mitlina, G.S. Badrtdinov, Yu. V. Velikanova,
M. R. Vinogradova, N. V. Meleshko, I. V. Nikiforova
Samara State Technical University,
244, Molodogvardeyskaya St., Samara, 443100, Russia.
E-mails: gregori2000@mail. ru, juliavl@mail .ru
The results of the study of static and dynamic magnetic properties of single-crystal spinel ferrites films. It is shown that the magnetic properties of films depend on the
chemical composition, degree of structural defects and technological conditions of syn-
thesis. We conclude that decreasing the cooling rate of the films on the synthesis temperature may change the valence of iron that significantly affects the magnetic parameters of the films.
Key words: plastic deformation, dislocation, damping coefficient, relaxation time, dielectric and magnetic losses.
Original article submitted 03/XI/2010; revision submitted 27/V/2011.
Ludmila N. Mitlina (Dr. Sci. (Phys. & Math.)), Professor, Dept, of General Physics & Physics of Oil and Gas Production. Cregoriy S. Badrtdinov, Postgraduate Student, Dept, of General Physics & Physics of Oil and Gas Production. Yulia V. Velikanova (Ph.D. (Phys. & Math.)), Associate Professor, Dept, of General Physics & Physics of Oil and Gas Production. Margarita R. Vinogradova (Ph.D. (Phys. & Math.)), Associate Professor, Dept, of General Physics & Physics of Oil and Gas Production. Nataliya V. Meleshko, Lecturer, Dept, of General Physics & Physics of Oil and Gas Production. Irina V Nikiforova, Postgraduate Student, Dept, of General Physics & Physics of Oil and Gas Production.
