Магнитные свойства аморфных плёнок Gd-Co, Tb-Co и многослойных обменносвязанных плёночных структур на их основе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

На правах рукописи

Балымов Константин Геннадьевич

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА АМОРФНЫХ ПЛЁНОК Оё-Со, ТЬ-Со И МНОГОСЛОЙНЫХ ОБМЕННОСВЯЗАННЫХ ПЛЁНОЧНЫХ СТРУКТУР НА ИХ ОСНОВЕ

01.04.11 - Физика магнитных явлений

4856797

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

- 6 ОКТ 2011

Екатеринбург 2011

4856797

Работа выполнена на кафедре магнетизма и магнитных наноматериалов и в отделе магнетизма твердых тел НИИ физики и прикладной математики ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук,

профессор

Васьковский Владимир Олегович

доктор физико-математических наук,

профессор

Медведев Михаил Владимирович

доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией Носов Александр Павлович

Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, г. Красноярск

Защита состоится 13 октября 2011 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.286.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» по адресу: 620000, г. Екатеринбург, пр. Ленина, д. 51, комн. 248.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина».

Автореферат разослан ^сентября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, директор НИИ физики и прикладной

математики УрФУ Н.В. Кудреватых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Магнитные пленки более полувека являются объектами интенсивных научных и технических исследований. В последнее время интерес к ним особенно возрос в связи с обнаружением ряда новых физических явлений, к которым, в частности, относятся гигантский магниторезистивный эффект, гигантский магнитный импеданс, гигантский эффект Холла, а также благодаря широкому внедрению плёночных материалов в магнитную сенсорику. Причём преимущество отдаётся исследованию гетерогенных плёночных структур, которым и свойственен ряд из вышеперечисленных явлений.

Важной разновидностью гетерогенных структур являются слоистые плёнки и, в частности, плёнки, содержащие слои редкоземельных и переходных Зс!-металлов. Они обладают уникальной способностью к образованию ферримагнитных структур и позволяют варьировать их свойства в широких пределах. В том числе в многослойных плёнках удаётся существенно снижать некоторые обменные параметры при сохранении высокой температуры магнитного упорядочения системы в целом. Это делает данные объекты удобными для эффективного моделирования при исследовании спонтанных и индуцированных магнитных фазовых переходов, а также позволяет формировать магнитоупорядоченные объекты, не встречающиеся в естественном состоянии.

Значительный интерес при исследовании многослойных плёнок вызывает явление так называемой однонаправленной анизотропии. Оно, в частности, позволяет реализовать в функциональных магнитных средах состояние внутреннего магнитного смещения, которое необходимо во многих практических приложениях. К числу плёночных структур, в которых наблюдается однонаправленная анизотропия, относятся слоистые пленки типа

ферромагнетик/ферримагнетик. В них функцию магнитного смещения выполняет магнитотвердый ферримагнитный слой, обладающий повышенной температурой магнитного упорядочения по сравнению с антиферромагнитными слоями, а в качестве элемента, проявляющего однонаправленную анизотропию, обычно выступает слой пермаллоя. В ферримагнетиках магнитотвердое состояние, как правило, связано с наличием магнитной компенсации, которая относительно просто

реализуется в аморфных сплавах кобальта с тяжелыми редкоземельными элементами. Указанные известные положения, тем не менее, носят довольно общий характер. Конкретная реализация магнитного смещения в связи с другими функциональными свойствами требует систематического исследования подобных плёнок.

Цель работы: установить закономерности формирования, механизмы и способы целенаправленного варьирования магнитной анизотропии и гистерезисных свойств в однослойных и многослойных обменносвязанных плёнках, содержащих аморфные слои типа Ы-Со (Л = вс!, ТЬ).

В рамках указанной цели в работе были поставлены следующие конкретные задачи:

1) количественно описать и выявить возможные источники магнитной анизотропии в аморфных плёнках, содержащих кобальт и редкоземельные элементы с резко отличающимися конфигурациями электронных оболочек;

2) установить и дать феноменологическое описание особенностей магнитных свойств многослойных плёнок Ос1-Со/Со с псевдоферримагнитной структурой;

3) исследовать влияние температуры на однонаправленную анизотропию и гистерезисные свойства слоёв пермаллоя в составе двухслойных плёнок ТЬ-Со/Те19№81;

4) выполнить оптимизацию поля однонаправленной анизотропии, гистерезисных свойств и анизотропии магнитосопротивления плёнок ТЬ-Со/Ре19№81, рассматривая их как потенциальную магниторезистивную среду с внутренним магнитным смещением;

5) провести испытания разработанной магниторезистивной среды в составе магнитных сенсоров с внутренним магнитным смещением.

Объекты исследования

В работе исследованы слоистые плёночные структуры с варьируемым составом, структурным состоянием и толщиной слоёв: Си/Сс1-Со/Си, Тл/ва-СоШ, [Со/ва-СоУСо, [Со/'ПАМ-Со/'ПуСо, ТЪ-СоШ, Ре19№81/ТЬ-Со/Т1, Ре19№81ЛЧ/ТЬ-Со/'П, полученные методом

ионного высокочастотного распыления. Косая черта обозначает деление плёнки на слои разного состава, нижний индекс у квадратных скобок - количество периодов.

Научная новизна

1. Показано, что слоистые плёночные структуры типа вс1-Со/Со при определённых составе аморфных слоев, соотношении толщины магнитных слоев и толщины немагнитных прослоек являются искусственным ферримагнетиком; спонтанная намагниченность и индуцированные магнитным поле спин-ориентационные переходы в этих плёнках удовлетворительно описываются в рамках феноменологической модели слабоанизотропного объёмного ферримагнетика.

2. В аморфных плёнках ТЬ-Со реализована сильная одноосная магнитная анизотропия, по-видимому, магнитоупругой природы, которая подавляет перпендикулярную анизотропию, обусловленную столбчатой микроструктурой, и создаёт предпосылки для эффективного использования этих плёнок в составе функциональных плёночных структур с внутренним магнитным смещением.

3. Установлено, что однонаправленная анизотропия и щстерезисные свойства двухслойных плёнок типа Ре 19№81/ТЬ-Со могут целенаправленно изменяться при варьировании температуры, толщины слоя пермаллоя, толщины немагнитной прослойки, а также путём селективного отжига слоя пермаллоя.

4. Обнаружены резкие и в ряде случаев немонотонные изменения коэрцитивной силы слоя пермаллоя в составе двухслойных плёнок в зависимости от структурных параметров и внешних воздействий. Они связываются с изменением структурного состояния немагнитной прослойки между слоём пермаллоя и аморфным слоем, образованием ультратонкой немагнитной прослойки при селективном отжиге слоя пермаллоя, изменением по толщине локализации межслойного магнитного интерфейса при варьировании температуры.

Практическая ценность

Полученные результаты могут быть использованы как физическая основа при разработке сред для высокочувствительных сенсоров магнитного поля с определёнными функциональными свойствами. Такая возможность продемонстрирована на примере

прототипов сенсорных элементов, изготовленных из плёнок ТЬ-Co/Fel9Ni81 на федеральном государственном унитарном предприятии «НПО автоматики».

Достоверность

Представленные в работе экспериментальные исследования проведены с использованием современных и апробированных методик на высокоточных приборах и установках. Результаты, представленные в диссертации, внутренне непротиворечивы и не имеют принципиальных расхождений с имеющимися экспериментальными и теоретическими данными других исследователей, опубликованными в открытой печати.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы были представлены на 15 научных конференциях: XI-я Всероссийская научная конференция студентов-физиков ВНКСФ-11 (2005, Екатеринбург, Россия); Х-й Международный семинар «Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов» (2005, Екатеринбург, Россия); Московский международный симпозиум по магнетизму (2005, Москва, Россия); XIX-я международная школа-семинар «Новые магнитные материалы микроэлектроники» (2004, Москва, Россия); III-я Российская научно-практическая конференция «Физические свойства металлов и сплавов» (2007, Екатеринбург, Россия); V-я Российская научно-практическая конференция «Физические свойства металлов и сплавов» (2009, Екатеринбург, Россия); VIII-я Всероссийская молодежная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (2007, Екатеринбург, Россия); IX-я Всероссийская молодежная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (2008, Екатеринбург, Россия); Х-я Всероссийская молодежная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (2009, Екатеринбург. Россия); XI-я Всероссийская молодежная школа-семинар по проблемам физики конденсированного состояния вещества (2010, Екатеринбург, Россия); XXXV-oe совещания по физике низких температур (2009, Черноголовка, Россия); Международная конференция «Новое в магнетизме и магнитных материалах» (2009, Москва, Россия); IV Euro-Asian Symposium

«Trends in MAGnetism»: Nanospintronics EASTMAG-2010 (2010, Ekaterinburg, Russia); X International Workshop on Non-Crystalline Solids, IWNCS-10 (2010, Barcelona, Spain); Moscow International Symposium on Magnetism MISM-2011 (2011, Moscow, Russia).

Публикации и личный вклад автора

По теме работы опубликовано 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, 2 статьи в сборниках с ISBN, 16 тезисов докладов. Список публикаций приведен в конце автореферата. Соискатель принимал непосредственное участие в постановке задач, методическом обеспечении экспериментов, проведении измерений, обсуждении и описании полученных результатов во всех работах, опубликованных в соавторстве.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка цитируемой литературы. Ее объем составляет 158 страниц, включая 77 рисунков и 1 таблицу. В списке литературы приведено 85 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы общая цель и конкретные задачи работы, указаны основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору литературы. В ней излагаются имеющиеся данные об особенностях структуры и магнитных свойств аморфных и многослойных обменносвязанных пленок, содержащих Зё-персходные металлы и редкоземельные элементы. Представлены технологии получения пленочных структур. На основе литературных данных обосновывается выбор объектов исследования, уточняются поставленные задачи.

Во второй главе описан метод получения образцов исследованных в данной работе, а также методики измерения их свойств.

Аморфные пленки вс1-Со, ТЬ-Со и многослойные пленки [Со/Ш-СоуСо, [СоЛММ-Со/^уСо, Ре19№81/ТЬ-Со,

Ре19№81/Т1/ТЬ-Со бьши получены высокочастотным ионно-плазменным напылением в атмосфере аргона на модернизированной серийной отечественной установке. Осаждение всех плёнок проводилось в присутствии однородного магнитного поля Нх напряженностью 170 Э, которое интенсифицировало процесс распыления и, как правило, обеспечивало создание одноосной магнитной анизотропии с ориентацией оси легкого намагничивания (ОЛН) в плоскости пленки. В качестве подложек использовались покровные стекла. Для предотвращения окисления слоев, содержащих редкоземельные компоненты, пленки покрывались защитным слоем немагнитного металла "П или Си толщиной 10-45 нм. В ряде случаев такие плёнки имели и приподложечные покрытия из указанных металлов. Общая толщина плёнок не превышала 200 нм. Конкретные значения толщин слоев в нанометрах приведены в подписях к рисункам как цифры в круглых скобках в составе структурных формул.

По данным рентгеновских и электронно-микроскопических исследований пленки ОсЗ-Со, ТЬ-Со и их слои в многослойных структурах были аморфны, тогда как слои Ре19№81, Со, "П и Си находились в мелкокристаллическом состоянии.

Основная часть результатов магнитных измерений, представленных в диссертации, получена с помощью СКВИД-магнитометра МРМ8-ХЬ7-ЕуегСоо1. Также для магнитометрических измерений привлекались оригинальные вибрационный магнитометр и вращательный анизометр. Исследование электрических свойств проводилось с помощью четырехзондовой методики. Определение химического состава осуществлялось с помощью метода атомно-эмиссионной спектроскопии с индуктивно связанной плазмой. Толщина плёнок контролировалась на стилусном профилометре 0е1аак-150.

В третьей главе изложены результаты исследования магнитных свойств однослойных аморфных пленок двух систем Ы-Со (Я = ТЬ). Цель этих экспериментов состояла в определении особенностей формирования спонтанной намагниченности и магнитной анизотропии пленок, а также в реализации при комнатной

температуре высококоэрцитивного состояния, обладающего повышенной устойчивостью к температурным воздействиям.

На основе анализа магнитометрических данных установлено, что в обеих системах имеет место ферримагнитное упорядочение, о чем, в частности, свидетельствуют немонотонный характер зависимостей спонтанной намагниченности от температуры и наличие состояний магнитной компенсации. Вблизи комнатной температуры магнитная компенсация реализуется при содержании Я ~ 20 ат.%. Однако наш интерес был сосредоточен на случаях, когда температура компенсации (Тсотр) удалена от комнатной температуры (Тг), поскольку такие плёнки должны проявлять большую термостабильность магнитных свойств в нормальных условиях.

Установлено, что для аморфных пленок Сс1-Со с относительно малым содержанием редкоземельного компонента, в которых Усотр < Тг, присущи повышенные значения коэрцитивной силы Яс (более 100 Э) и так называемое «закритическое» магнитное состояние [1]. О наличии последнего говорят характерные петли гистерезиса и структура страйп-доменов (рис. 1). Такое состояние есть результат компромисса между анизотропией формы и перпендикулярной

1,0 0,5 0,0 -0,5 -1,0

6

-6 -4

-2 0 2 Н, кЭ

Рис. 1. Петли гистерезиса пленки Сёи5Со865(100), измеренные при комнатной температуре вдоль (а) и перпендикулярно (б) плоскости образца. На рисунке (в) показана доменная структура образца в отсутствие магнитного поля, выявленная с помощью магнитной суспензии

анизотропией, которая может быть связана со столбчатой микроструктурой, типичной для металлических пленок [2].

Пленки с большим содержанием атомов Ос1 (Гсотр > Гг,) не обнаруживают признаков перпендикулярной анизотропии, но имеют низкую #с (единицы эрстед). В них наблюдается невысокая одноосная анизотропия в плоскости (рис. 2). Причём положение оси легкого намагничивания соответствует оси приложения технологического поля при осаждении пленки. Вероятной причиной анизотропии в плоскости является упорядочение пар атомов.

В аморфных пленках ТЬ-Со магнитная анизотропия представляется сложнее. Её характеристика может быть дана на основе анализа закономерностей намагничивания пленок разного состава (рис. 3). Вид кривых размагничивания для образца с низким содержанием ТЬ (рис. 3,6) указывает на наличие сильной одноосной магнитной анизотропии в плоскости пленки. Ориентация ОЛН совпадает с осью приложения поля Нх (ось ОХ). Конечные значения остаточной намагниченности Мг, которые демонстрируют кривые, измеренные перпендикулярно ОЛН в плоскости (кривая 2) и вдоль нормали к плоскости (кривая 3), говорят только о малой неоднородности в распределении намагниченности по объему образца. Количественное различие кривых 2 и 3 на первый взгляд представляется следствием анизотропии формы пленочного образца. Однако учет размагничивающего фактора (кривая 4) не дает совпадения разных кривых М(Н), измеренных в плоскости перпендикулярной ОЛН. Приходится констатировать, что структурная составляющая магнитной анизотропии для состава

Рис. 2. Петли гистерезиса пленки вс^Со« (100), измеренные при комнатной температуре в

плоскости плёнки вдоль (кривая 1) и перпендикулярно (кривая 2) оси приложения технологического поля

-150 -100 -50 0 50 100 150

н э

ТЬвСоэг ке является строго одноосной, а формирует оси ОХ, ОУ, ОЪ как оси легкого, среднего и трудного намагничивания соответственно.

Рис. 3. Схематическое изображение образца (а) и кривые размагничивания плёнок: б — ТЬ8Со92 (100), в - Tb31Coé9 (120). Измерения выполнены при комнатной температуре и различной ориентации вектора магнитного поля: 1 — в плоскости плёнки, вдоль оси приложения технологического поля Ht (ось ОХ на схеме); 2 - в плоскости плёнки, перпендикулярно Нх (ось OY); 3 -перпендикулярно плоскости плёнки (ось OZ); 4 - получена из кривой 3 при пересчёте на внутреннее магнитное поле

Картина заметно изменяется при увеличении содержания ТЬ (рис. 3,в). В первую очередь это относится к кривой размагничивания вдоль ОХ (кривая 1). Плавное изменение М в широком интервале Н и низкое значение М, свидетельствуют о значительной дисперсии анизотропии. Согласно [3] в пленках Tb-Со может иметь место флуктуация локальных OJIH, определяющая дисперсию атомных магнитных моментов тербия (сперимагнетизм), а также макроскопическая флуктуация ОЛН, приводящая к возникновению доменоподобной магнитной неоднородности. Последнее обстоятельство, по-видимому, и в нашем случае задает характер кривых М(Н) в области относительно невысоких полей. В пользу высказанного выше положения свидетельствуют результаты наблюдения полей рассеяния над поверхностями пленок разного состава. Примеры картин магнитного рельефа, полученные в методике магнитной моды на сканирующем зондовом микроскопе, показаны на рис. 4.

В заключение главы 3 можно констатировать, что однородные аморфные пленки Gd-Co обнаруживают перпендикулярную

магнитную анизотропию или обладают сравнительно

низкими значениями

коэрцитивной силы. Это не позволяет рассматривать их в практических целях как непосредственный источник магнитного смещения, но не исключает возможности

эффективного использования в составе искусственных

ферримагнитных структур.

Магнитная анизотропия несколько составляющих. К их числу относятся: флуктуирующая локальная анизотропия ионов ТЬ; перпендикулярная анизотропия, источником которой, по-видимому, является столбчатая микроструктура; наведенная одноосная анизотропия, вероятно, магнитоупругой природы. При определенных условиях наведенная анизотропия является доминирующей, что при высоком магнитном гистерезисе создает благоприятные предпосылки для использования данных пленок в составе структур с внутренним магнитным смещением.

В четвертой главе изложены результаты исследования многослойных структур, содержащих аморфные слои Ос1-Со и ТЬ-Со. Дается описание магнитных свойств таких плёнок при наличии обменной связи между слоями, а также закономерностей их изменения под действием температуры и магнитного поля. Анализируется влияние немагнитных прослоек и термообработки на межслойное взаимодействие.

Одна группа образцов содержала аморфные слои Ос1-Со и поликристаллические слои Со. При постановке данного исследования среди прочего преследовалась цель создания

магнитокомпенсированной среды, не имеющей перпендикулярной анизотропии и обладающей повышенными значениями коэрцитивной силы по сравнению с однородными пленками Ос1-Со. Это предопределило выбор состава аморфных слоев (Ос1зйСо64), спонтанная намагниченность которых в широкой области температур

2рш

Рис. 4. Магнитный рельеф поверхностей образцов: а — ТЬ22Со78(110); б-ТЬ31Со69(120)

аморфных пленок ТЬ-Со имеет

(включая комнатную температуру) определяется редкоземельной составляющей.

Наши эксперименты показали, что в плёнках [СоЛлс^бСо^уСо действует отрицательное межслойное обменное взаимодействие, которое обеспечивает слоистой системе псевдоферримагнитную структуру. Кроме того, по температурным зависимостям

е о

320

300-

280

260-

Рис. 5. Зависимости температуры компенсации Тсотр пленки [Со(7)/Т1(£-п)/Сс1-Со(24) ЛП(£т,)]4/Со(7) от толщины прослойки титана Ьт„ полученные на СКВИД магнитометре (незакрашенные точки) и вращательном анизометре

намагниченности было установлено, что при определенных температуре (Гсотр) и соотношении толщин слоёв в системе магнитных моментов слоёв всЬбСом и Со реализуется магнитная компенсация. Величина Тсотр помимо толщинных параметров чувствительна к состоянию межслойной границы, которое изменялось за счет введения прослоек титана. Согласно полученным данным (рис. 5), по мере роста толщины прослойки Ьп имеет место вполне определённая тенденция к увеличению Гсотр- Данный результат нетривиален, поскольку ранее [4] было установлено, что в многослойных плёнках Ос1/Со введение прослойки уменьшает температуру компенсации. Установленная особенность связывается нами с неодинаковостью обменного закрепления внутренних и внешних слоёв Со в слоистой структуре.

На рис. 6 показаны петли гистерезиса плёнок [Со/ШзйСо^уСо, полученные разными методами. На каждой из кривых можно выделить некоторое критическое поле На, в котором происходит изменение характера намагничивания. Эту особенность можно связать с деформацией исходной коллинеарной магнитной структуры и образованием так называемой «скрученной» магнитной структуры [5]. В силу поверхностного характера обменного взаимодействия

между магнитными слоями и достаточно большой толщины самих слоев это происходит в относительно слабом поле.

150 100 О 50 I— 0 Г гГ

-50 -100 -150 / 1 h i а з \ \ i

-1000

1000

н, э

с; со т.

L_

S

о

1

о

-1

г ■ á i f Т7Г ! "i

,>Li * i » á X в

Рис. 6. Магнитометрическая (а), магниторезистивная (б) и магнитооптическая (в) петли гистерезиса пленки [Са36Соб4(24)]4/Со(7),

измеренные при комнатной температуре -600 -300 0 300 600

н,э

Экспериментально установлена температурная зависимость указанного критического поля (рис. 7,а). Показано, что она удовлетворительно описывается в модели слабоанизотропного неограниченного ферримагнетика [6], обобщенной на случай слоистой структуры, в которой магнитная анизотропия и межслойное обменное взаимодействие обусловлены только слоями Со:

, 2 Кг

7У

н1г+н„

KM coico 1 GdCo^^GdCo J

kCn

M,

Со

-2КСо1СоЯ = 0

(1)

где Meo, Мзасо и /со, ^GdCo - намагниченности и относительные толщины двух типов слоев, КСа - константа анизотропии кобальта, в -угол между намагниченностью подсистемы Со и внешним полем, Л -константа молекулярного поля, характеризующая межслойную связь. При этом параметр модели Л, полученный аппроксимацией экспериментальной зависимости На{Т) с помощью (1), обнаруживает

аномальное поведение в области Тсотр (рис. 1,6). Однако по нашему мнению наблюдающийся скачок Я отражает не изменение обменного взаимодействия, а определённую асимметрию магнитной структуры, которая задаётся поверхностными слоями Со.

800

- "« 11 •

с в

о

• • ■

. ов о б

150

200 250

Т, к

300

Рис. 7. (а) - Температурные зависимости критического поля, определённые экспериментально из магнитометрических (светлые точки) и магниторезистивных (тёмные точки) петель гистерезиса плёнки [0(1з6Со«4(24)]4/Со(7) или полученная расчётным путём (линия); (б) -Температурная зависимость константы молекулярного поля. Значения X, рассчитаны с использованием магнитометрических (светлые точки) и магниторезистивных (тёмные точки) петель гистерезиса

В целом можно заключить, что в области магнитной компенсации многослойные плёнки С<1-Со/Со в отличие от однородных плёнок в(!-Со не проявляют перпендикулярной анизотропии и имеют повышенную коэрцитивную силу. В тоже время максимальные значения Нс в исследованных объектах не превышают 300 Э, Такой же порядок имеют и критические поля образования неколлинеарной магнитной структуры. То и другое говорит о недостаточной устойчивости магнитных состояний плёнок С<1-Со/Со как элементов сред с внутренним магнитным смещением.

Другую группу образцов составляли плёнки Ре19№81/ТЬ-Со, в аморфных слоях которых содержание ТЬ находилось в пределах 31-К35 ат.%. Для данного диапазона концентраций характерны достаточно большая коэрцитивная сила и одноосная магнитная анизотропия, что позволяет рассматривать такие пленки как источник магнитного смещения (иначе - однонаправленной анизотропии) в составе структур с магнитомягкими слоями. Выбор пермаллоя в

качестве материала магнитомягкого слоя обусловлен не только низким уровнем магнитного гистерезиса, но и свойственным ему анизотропным магниторезистивным эффектом.

Эксперимент показал, что петли гистерезиса пленок Ре19№81/ТЬ-Со, измеренные в достаточно сильном поле, имеют ступенчатый вид (рис. 8,а), то есть отражают поэтапное перемагничивание магнитомягкого (Ре19№81) и магнитотвёрдого (ТЬ-Со) слоев. При этом частная петля слоя пермаллоя существенно смещена по оси полей на величину поля смещения #е (рис. 8,6), что говорит о наличии сильного межслойного обменного взаимодействия. Кроме того, слой Ре19№81 обнаруживает выраженную одноосную анизотропию в плоскости (сравни кривые 1 и 2 на рис 8,6).

дэ н, э

Рис. 8. Петли гистерезиса пленки Ре 19№81 (50)/ТЬз5Со65( 110), измеренные вдоль ОЛН (а) и {б, кривая 1) и перпендикулярно ОЛН (б, кривая 2) при различных амплитудах магнитного поля

Нами проведено подробное исследование влияния различных факторов (толщин магнитных слоев, немагнитной прослойки, селективного термического воздействия) на величину поля смещения и гистерезисные свойства слоя пермаллоя. Наиболее интересные результаты состоят в следующем

Установлено, что при Т < Тт величина Не имеет немонотонную температурную зависимость (рис. 9). При понижении температуры поле смещения плавно растет до Г-100 К. Однако при меньших температурах выявляется иная тенденция: стабилизация, а затем и некоторое снижение Не, что является признаками соответствующего поведения межслойной связи. В тоже время спонтанная

о

■у»05 < 200

Рис. 9. Зависимости поля смещения (кривая 1) и _ коэрцитивной силы

_ (кривая 2) плёнки

ТЬ31 Со69( 100)/Ре 19№ 81 (50), измеренные при

перемагничивании слоя пермаллоя вдоль ОЛН

намагниченность аморфного слоя во всем температурном интервале изменяется монотонно, что свидетельствует о монотонном изменении молекулярного поля межслойного взаимодействия. Можно полагать, что в формирование межслойной связи вмешивается флуктуирующая магнитная анизотропия, которая велика именно в области гелиевых температур. Ее конкуренция с обменным взаимодействием может приводить к усилению дисперсии намагниченности в аморфном слое и эффективно уменьшать обменное молекулярное поле.

Весьма необычным представляется немонотонное температурное поведение коэрцитивной силы Нс слоя пермаллоя (рис.9). Резкое снижение Нс при Т< 200 К может быть следствием изменения локализации межслойной магнитной границы, образующейся в ходе послойного перемагничивания. При понижении температуры в связи с ростом магнитной анизотропии аморфного слоя она может вытесняться из магнитожёсткого аморфного слоя в магнитомягкий слой пермаллоя. Рост коэрцитивной силы в области низких температур может отражать увеличение планарной

взаимодействия, которое в свою повышения дисперсии магнитной

неоднородности межслойного очередь является следствием анизотропии аморфного слоя.

На рис. 10 представлены результаты исследования влияния толщины немагнитной прослойки (£,?;) на закономерности перемагничивания слоя пермаллоя. Как видно, Не и Нс с увеличением Ьг, изменяются немонотонно. Причём росту Не при введении прослойки минимальной толщины соответствует резкое падение Нс. И

наоборот, фактическое исчезновение межслойной связи (#е ~ 0) при Ьл > 0,8 нм сопровождается скачкообразным увеличением Нс.

зоо

200 о 150

^Г® юо

50

о

250

Рис. 10 Зависимости поля смещения Нс (кривая 1) и коэрцитивной силы Нс (кривая 2) слоя Ре№ в пленке Бе 19№81 (5О)/Т1(Ьт0/ТЬ35Соб5( 110) от толщины прослойки титана

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 /. . НМ

Предлагаемое нами обоснование таких зависимостей Не(Ьтд и Нс(Ьтд исходит из того, что при малых номинальных толщинах немагнитная прослойка является сплошной и несколько ослабляет локальную межслойную связь, Это способствует уменьшению дисперсии поля связи и соответственно эффективному увеличению поля смещения частной петли гистерезиса. Кроме того, тонкая прослойка, по-видимому, приводит к локализации межслойной магнитной границы в магнитомягком слое, что снижает коэрцитивную силу. Прослойки большей номинальной толщины, возможно, проявляют склонность к коагуляции и образованию не сплошного, а островкового покрытия. В результате усиливается дисперсия межслойной связи в плоскости, что влечёт понижение Не и рост Нс.

Рис. 11 отражает свойства плёнок Ре19№81/ТЬз5Соб5 в состояниях, которые формировались путём одночасового отжига слоев пермаллоя при различных температурах перед нанесением на них аморфных слоев. Следует указать на некоторое возрастание Не и резкое снижение Нс в пленках, подвергнутых термообработке, по сравнению с неотжигавшимся образцом. Фактически в результате отжига наблюдаются те же изменения в параметрах перемагничивания, которые были обнаружены при введении немагнитной прослойки. Естественно полагать, что и механизмы

изменения свойств в этих случаях близки. Вероятно, в результате отжига пермаллоя происходит некоторая модификация его поверхности, например, адсорбция остаточных газов. Таким образом, возникает ультратонкий немагнитный слой, который играет роль немагнитной прослойки в двухслойной структуре. Эта прослойка может ослаблять межслойную связь и тем самым снижать угловую дисперсию поля магнитного смещения.

40 Рис. 11. Зависимости поля

^ смещения Не (кривая 1) и коэрцитивной силы Нс (кривая 2) 20 _ плёнок

3;° Ре 19№81 (50)/ТЬз5Со65( 120) от

температуры отжига слоя 0 пермаллоя

В заключение следует отметить, что описанная селективная термообработка наряду с уменьшением коэрцитивной силы слоя пермаллоя приводит к существенному увеличению анизотропии магнитоспротивления двухслойной структуры. Так на плёнке 8Ю2/Ре19№81(50 нм)/ТЬ35Со65(110 нм)/Т1(11 нм), отожженной при 450 °С она достигла 2 %. Это позволило рассматривать такие плёнки как эффективные магниторезистивные среды, обладающие внутренним магнитным смещением. На их основе при участии ФГУП «НПО автоматики» изготовлены и испытаны прототипы магниторезистивных сенсоров.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Определены особенности магнитной анизотропии и гистерезисных свойств аморфных пленок Я-Со (Я = вс1, ТЬ) вблизи состояния магнитной компенсации. В плёнках Сс1-Со определяющими механизмами магнитной анизотропии являются анизотропия формы и «перпендикулярная» анизотропия, которая, по-видимому, обусловлена столбчатой микроструктурой. В плёнках ТЬ-Со наряду с

этим действует флуктуирующая локальная анизотропия атомов ТЬ и одноосная наведённая анизотропия, по-видимому, магнитоупругой природы, которая при высоком уровне магнитного гистерезиса задаёт ориентацию намагниченности в плоскости образцов.

2. На основе слоистой плёночной структуры типа Ос1-Со/Со создан искусственный ферримагнетик, в котором при определённом сочетании состава аморфных слоёв, соотношения толщины слоев и толщины немагнитных прослоек реализуется состояние магнитной компенсации. Оно характеризуется отсутствием перпендикулярной анизотропии, повышенным магнитным гистерезисом и возможностью индуцирования магнитным полем спин-ориентационных переходов. Показано, что фазовая Т-Н-диаграмма такого ферримагнетика при адекватном определении параметра межслойной связи удовлетворительно описывается в рамках модели слабоанизотропного объёмного ферримагнетика.

3. Установлены закономерности формирования однонаправленной анизотропии и гистерезисных свойств в плёнках типа Ре19№81/ТЬ-Со при варьировании температуры, толщины слоя пермаллоя, толщины немагнитной прослойки, а также селективном отжиге слоя пермаллоя. Обнаружены новые особенности свойств плёнок исследовавшегося типа:

- немонотонная зависимость коэрцитивной силы слоя пермаллоя при изменении температуры в интервале 5-^300 К, которая связывается с зависимостью магнитной анизотропии аморфного слоя от температуры, приводящей к изменению по толщине локализации межслойного магнитйого интерфейса;

- немонотонные зависимости поля смещения и коэрцитивной силы от толщины немагнитной прослойки, возможной причиной которых указывается изменение структуры немагнитной прослойки по мере увеличения её номинальной толщины от сплошного ультратонкого состояния к островковому состоянию;

- сильное (более чем на порядок) уменьшение коэрцитивной силы слоя пермаллоя в составе двухслойной структуры после процедуры селективного отжига, которое связывается с образованием в пермаллое поверхностного ультратонкого слоя, приводящего к уменьшению пространственной неоднородности межслойной связи.

4. На основе плёнок Ре19№81/ТЬ-Со путём оптимизации структурных характеристик и использования селективного отжига пермаллоя

создана функциональная среда, обладающая анизотропией магнитосопротивления, внутренним магнитным смещением и низким гистерезисом. Испытания опытных образцов магнитных сенсоров, изготовленных из такой среды методом фотолитографии, показали их высокую работоспособность.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных ВАК Министерства образования и науки РФ:

1. Васьковский В.О., Свалов A.B., Балымов К.Г., Курляндская Г.В., Сорокин А.Н.. Индуцированные магнитные фазовые переходы в многослойных пленках типа GdCo/Co // ФТТ.- 2008,- Т.50.- В.8-С. 1424-1429

2. Васьковский В.О., Балымов К.Г., Ювченко A.A., Свалов A.B., Сорокин А.Н., Кулеш H.A., Магниторезистивная среда Fel9Ni81/Tb-Со с внутренним магнитным смещением // ЖТФ.- 2011,- Т.81.- В.7-С.83-87

3. Балымов К.Г., Васьковский В.О., Свалов A.B., Степанова Е.А., Кулеш H.A.. Особенности перемагничивания пленок Tb,-Co/Fel9Ni81 с однонаправленной анизотропией // ФММ,- 2010,- Т.110.- № 6.-С.550-555

4. Svalov А.V., Vas'kovskiy V.O., Barandiarän J.M., Balymov K.G., Sorokin A.N., Orue I., Larranaga A., Schegoleva N.N. and Kurlyandskaya G.V., Structure and Magnetic Properties of Gd/Ti Nanoscale Multilayers // Solid State Phenomena.- 2011,- V. 168-169.- P. 281-284

Тезисы в сборниках с номером ISBN:

5. Савин П.А., Свалов A.B., Ювченко A.A., Васьковский В.О., Щёголева H.H., Балымов К.Г., Магнитные, резистивные свойства и доменная структура многослойных плёнок Co/Si // Сборник трудов XIX международной школы-семинара «Новые магнитные материалы микроэлектроники»,- 2004.- Москва.- С.457

6. Васьковский В.О., Савин П.А., Балымов К.Г., Получение и исследование магниторезистивных пленочных структур FeNi/FeMn // Сборник трудов Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах».- 28 июня - 4 июля 2009.- Москва.- С. 136-137

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Глазер А.А., Константинова И.Ю., Потапов А.П., Тагиров Р.И. Температурная зависимость вращающейся анизотропии в закритических пленках сплавов железо-никель // ФММ.-1972.-Т.ЗЗ,-В.5.-С.946-953

2. Herd S.R.On the nature of perpendicular anisotropy in sputtered Gd-Co thin films// J.Appl.Phys.-1979.-V.50,№3.-P. 1645-1647

3. Андреенко A.C., Никитин C.A., Магнитные свойства аморфных сплавов редкоземельных металлов с переходными Зd-мeтaллaми// Успехи физических наук, -1997.-Т. 167.- № 6.- С. 605-622

4. Patrin G.S., Patrin G.S., Eremin E.V., Panova M.A., Vasil'ev V.N., Vas'Kovskii V.O., Svalov A.V., Magnetic resonance in multilayer Gd/Si/Co magnetic films // J. Experim. Theor. Phys.-2006.-V.102.-N.6.-P.131-136

5. LePage J.G., Camley R.E., Surface phase transitions and spin-wave modes in semi-infinite magnetic superlattices with antiferromagnetic interfacial coupling // Phys. Rev. Lett.-1990.-V. 65.-N.9.-P.1152-1155

6. Белов К.П., Звездин A.K., Кадомцева A.M., Левитин P.3., Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках. Наука, М,-1979.-С.317

Подписано в печать 06.09.11. Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100. Заказ № Отпечатано в ИПЦ УрФУ г. Екатеринбург, ул. Тургенева, 4

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Технологии получения пленочных структур

1.2 Магнетизм аморфных пленок на основе 3d- и 4f- элементов

1.3 Магнитные свойства многослойных обменносвязанных пленок

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1 Получение плёночных образцов

2.2 Методики измерения свойств плёночных объектов

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ ТОНКИХ АМОРФНЫХ ПЛЕНОК Gd-Co И Tb-Со.

3.1 Система Gd-Co

3.1.1 Спонтанная намагниченность аморфных пленок Gd-Co.

3.1.2 Особенности технического намагничивания пленок разного состава.

Резюме

3.2 Система Tb-Со

3.2.1 Спонтанная намагниченность аморфных пленок Tb-Со.

3.2.2 Особенности магнитной анизотропии и гистерезисных свойств аморфных пленок Tb-Со.

3.2.3 Влияние термообработки на свойства пленок Tb-Со.

3.2.4 Анализ вероятных механизмов магнитной. анизотропии пленок Tb-Со.

Резюме

ГЛАВА 4. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ПЛЕНОЧНЫХ СТРУКТУР С АМОРФНЫМИ ФЕРРИМАГНИТНЫМИ СЛОЯМИ.

4.1 Обменносвязанные пленочные структуры. на основе системы Gd-Co.

4.1.1 Состояние магнитной компенсации в многослойных.Г. пленках типа Gd-Co/Co.

4.1.2 Индуцированные магнитные фазовые переходы в. многослойных плёнках типа Gd-Co/Co.

Резюме

4.2 Обменносвязанные пленочные структуры на основе системы Tb-Со

4.2.1 Особенности перемагничивания пленок Fel9Ni81/Tb-Co при разных температурах.

4.2.2 Влияние температуры на коэрцитивную силу и однонаправленную. анизотропию слоев пермаллоя в составе двухслойных плёнок.

4.2.4 Влияние селективного отжига на магнитные. свойства и магнитосопротивление пленок TbCo/FeNi.

4.2.5 Влияние толщины слоя Fel9Ni81 на магнитные и. магниторезистивные свойства пленок Fel9Ni81/Tb-Co.

4.2.6 Результаты испытания опытных образцов. магниторезистивных сенсоров.

Резюме

ВЫВОДЫ.

БЛАГОДАРНОСТИ.

Однослойные и слоистые пленки являются объектами интенсивных исследований вот уже несколько десятилетий. В этих структурах был обнаружен ряд удивительных свойств, таких как перпендикулярная магнитная анизотропия, гигантский магниторезистивный эффект, гигантский импеданс, что делает эти объекты интересными не только с научной точки зрения, но и в практическом плане. На примере слоистых объектов было ярко продемонстрировано существование обменного взаимодействия между сопрягающимися поверхностями слоев и фактически указан способ искусственного формирования сложных магнитных структур. Pix изучение сулит прогресс в понимании природы магнитных и сопутствующих им магнитоэлектрических свойств широкого круга веществ, что даёт дополнительные возможности в создании функциональных материалов.

Среди слоистых структур важное место занимают плёнки, содержащие редкоземельные и переходные металлы. Они обладают уникальной способностью образования ферримагнитных структур и позволяют варьировать их свойства в широких пределах. В том числе в многослойных плёнках удаётся существенно снижать некоторые обменные параметры при сохранении высокой температуры магнитного упорядочения системы в целом. Это делает данные объекты удобными для эффективного моделирования в сфере спонтанных и индуцированных магнитных фазовых переходов, а также позволяет формировать магнитоупорядоченные объекты, не встречающиеся в естественном состоянии.

Одним из ярких эффектов, наблюдаемых в обменносвязанных слоистых структурах, является однонаправленная анизотропия. Впервые это явление было обнаружено в 1956 году [1] учеными Maiklejohn и Bean, исследовавших частично окисленные частицы Со. Авторами установлены аномалии перемагничивания окисленного порошка кобальта, состоящей в смещении петли гистерезиса по оси магнитного поля. Ими [1] была дана интерпретация этой аномалии, которая предполагала наличие сильной обменной связи на границе раздела между ферромагнитной сердцевиной и антиферромагнитным поверхностным слоем частиц. Значительный практический интерес к гетерогенным обменносвязанным средам, обусловленный, в частности, появлением спин-вентильных магниторезистивных материалов [2], стимулировал поиск и изучение других систем с однонаправленной анизотропией. К их числу относятся слоистые пленки типа ферромагнетик/ферримагнетик. В них функцию магнитного смещения выполняет магнитотвердый ферримагнитный слой, обладающий повышенной температурой магнитного упорядочения по сравнению с антиферромагнитными слоями, а в качестве элемента, проявляющего однонаправленную анизотропию, обычно выступает слой пермаллоя. В ферримагнетиках магнитотвердое состояние, как правило, связано с наличием магнитной компенсации, которая относительно просто реализуется в аморфных сплавах Со с тяжелыми редкоземельными элементами.

Цель данной работы: установить закономерности формирования, * механизмы и способы целенаправленного варьирования магнитной анизотропии и гистерезисных свойств в однослойных и многослойных обменносвязанных плёнках, содержащих аморфные слои типа Я-Со (11= вс1, ТЬ).

В рамках указанной цели в работе были поставлены следующие конкретные задачи:

1) количественно описать и выявить возможные источники магнитной анизотропии в аморфных плёнках, содержащих кобальт и редкоземельные элементы с резко отличающимися конфигурациями электронных оболочек;

2) установить и дать феноменологическое описание особенностей магнитных свойств многослойных плёнок вс1-Со/Со с псевдоферримагнитной структурой;

3) исследовать влияние температуры на однонаправленную анизотропию и гистерезисные свойства слоёв пермаллоя в составе двухслойных плёнок ТЬ-Со/Ре19№81;

4) выполнить оптимизацию поля однонаправленной анизотропии, гистерезисных свойств и анизотропии магнитосопротивления плёнок ТЬ-Со/Ре19№81, рассматривая их как потенциальную магниторезистивную среду с внутренним магнитным смещением;

5) провести испытания разработанной магниторезистивной среды в составе магнитных сенсоров с внутренним магнитным смещением.

В результате решения указанных задач в работе сформулированы новые научные положения, которые выносятся на защиту:

1) в аморфных плёнках ТЬ-Со реализуется сильная одноосная магнитная анизотропия, имеющая магнитоупругую природу, которая подавляет перпендикулярную анизотропию, обусловленную столбчатой микроструктурой, и создаёт предпосылки для эффективного использования этих плёнок в составе функциональных плёночных структур с внутренним магнитным смещением;

2) слоистые плёночные структуры типа Ос1-Со/Со при определённом* сочетании состава аморфных слоёв, соотношения толщины слоёв и толщины немагнитных прослоек являются искусственным ферримагнетиком; спонтанная намагниченность и индуцированные магнитным поле спин-ориентационные переходы этих плёнок удовлетворительно описываются в рамках феноменологической модели слабоанизотропного объёмного ферримагнетика;

3) однонаправленная анизотропия и гистерезисные свойств двухслойных плёнок типа Бе 19№81/ТЬ-Со могут целенаправленно изменяться при варьировании температуры, толщины слоя пермаллоя, толщины немагнитной прослойки, а также путём селективного отжига слоя пермаллоя;

4) поле магнитного смещения и коэрцитивная сила слоя пермаллоя в составе двухслойных плёнок имеют резкие и в ряде случаев немонотонные зависимости от структурных параметров и внешних воздействий, причинами которых являются температурное изменение по толщине локализации межслойного магнитного интерфейса, изменение структуры немагнитной прослойки по мере роста её номинальной толщины от ультратонкого сплошного к островковому состоянию, изменение пространственной неоднородности межслойной связи за счёт изменения состояния поверхностности слоя пермаллоя при селективном отжиге;

5) плёнки типа Ре19№81/ТЬ-Со с оптимизированными параметрами являются эффективной магниторезистивной средой с внутренним магнитным смещением.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и списка цитируемой литературы. Ее объем составляет 158 страниц, включая 77 рисунков и 1 таблицу. В списке литературы приведено 85 наименований.

ВЫВОДЫ

1. Определены особенности магнитной анизотропии и гистерезисных свойств аморфных пленок Я-Со (И. = всі, ТЬ) вблизи состояния магнитной компенсации. В плёнках Ос1-Со определяющими механизмами магнитной анизотропии являются анизотропия, формы и «перпендикулярная» анизотропия, которая, по-видимому, обусловлена столбчатой микроструктурой. В плёнках ТЬ-Со наряду с перпендикулярной магнитной анизотропией, которая, по-видимому, связана со столбчатой микроструктурой, действует флуктуирующая локальная анизотропия атомов ТЬ и одноосная наведённая анизотропия, по-видимому, магнитоупругой природы, которая при высоком уровне магнитного гистерезиса задаёт ориентацию намагниченности в плоскости образцов.

2. На основе слоистой плёночной структуры типа Єсі-Со/Со создан искусственный ферримагнетик, в котором при определённом сочетании состава аморфных слоев, соотношения толщины слоёв и толщины немагнитных прослоек реализуется состояние магнитной компенсации. Оно характеризуется отсутствием перпендикулярной анизотропии, повышенным магнитным гистерезисом и возможностью индуцирования магнитным полем спин-ориентационных переходов. Показано, что фазовая Т-Н-диаграмма такого ферримагнетика при адекватном определении параметра межслойной связи удовлетворительно описывается в рамках модели слабоанизотропного объёмного ферримагнетика.

3. Установлены закономерности формирования однонаправленной анизотропии и гистерезисных свойств в плёнках типа Ре19№81/ТЬ-Со при варьировании температуры, толщины слоя пермаллоя, толщины немагнитной прослойки, а также селективном отжиге слоя пермаллоя. Обнаружены новые особенности свойств плёнок исследовавшегося типа: немонотонная зависимость коэрцитивной силы слоя пермаллоя при изменении температуры в интервале 5-т-ЗОО К, которая связывается с зависимостью магнитной анизотропии аморфного слоя от температуры, приводящей к изменению по толщине локализации межслойного магнитного интерфейса; немонотонные зависимости поля смещения и коэрцитивной силы от толщины немагнитной прослойки Ьп, возможной причиной которых указывается изменение структуры немагнитной прослойки по мере увеличения её номинальной толщины от сплошного ультратонкого состояния к островковому состоянию; сильное (более чем на порядок) уменьшение коэрцитивной силы Нс слоя пермаллоя в составе двухслойной структуры после его селективного отжига, которое связывается с образованием в пермаллое поверхностного ультратонкого слоя, приводящего к уменьшению пространственной неоднородности межслойной связи.

4. На основе плёнок Ре19№81/ТЬ-Со путём оптимизации структурных характеристик и использования селективного отжига пермаллоя создана функциональная среда, обладающая анизотропией магнитосопротивления, внутренним магнитным смещением и низким гистерезисом. Испытания опытных образцов магнитных сенсоров, изготовленных из такой среды методом фотолитографии, показали их работоспособность.

БЛАГОДАРНОСТИ

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю, профессору Васьковскому Владимиру Олеговичу, за предложенную тему и руководство диссертационной работой.

Автор благодарен коллегам, сотрудникам отдела магнетизма твердых тел НИИ физики и прикладной математики УрФУ, помогавших в проведении измерений.

1. Meiklejohn W.H., Bean С.Р., New Magnetic Anisotropy // Phys. Rev.-1956.- V. 102.- P. 1413-1414

2. Dieny В., Speriosu V.S., Metin S., Parkin S.S.P., Gurney B.A., Baumgart P., Wilhoit D.R. Magnetotransport properties of magnetically soft spin-valve structures // J. Appl. Phys.-1991.-V.69,№8.-P .4774-4778

3. Westwood W.D. Reactive Sputtering. Academic Press, Inc. Boston. 1989. P. 259

4. Минайчев B.E. Нанесение пленок в вакууме. Технология полупроводниковых приборов и изделий микроэлектроники. М.- Изд. Высшая школа, Книга 6, 1989, С. 111

5. Казаков В.Г. Тонкие магнитные пленки // Соросовский образовательный журнал, 1997, № 1,С. 107-114

6. Панфилов Ю. Нанесение тонких пленок в вакууме. Технологии в электронной промышленности, 2007, №3, С. 76-80

7. Лапшинов Б.А. Нанесение тонких пленок методом вакуумного термического испарения // Моск. гос. ин-т электроники и математики, М., 2006, С. 30

8. Uchiyama S., Yu X.Y. and Tsunashima S. Magneto-Optical Kerr effect of rare earth-transition metal amorphous alloy and multilayer films // J. Phys. Chem. Solid.- 1996.- V. 56.- N. 11.-P. 1557-1562

9. Carey R., Newman D.M. and Thomas B.W.J. Composition and temperature dependence of magnetic transitions in sputtered GdCo films for magneto-optic data storage // J. Phys. Colloques.- 1985.- V. 46.- N. Сб.- P. 19-24

10. Иванов B.E., Кандаурова Г.С., Свалов A.B. Аморфные пленки гадолиний-кобальт в качестве сенсорной среды для топографирования неоднородных температурных полей // ЖТФ.- 1997,- Т. 67.- № 7.- С. 112-116

11. Иванов В.Е., Кандаурова Г.С. Перемагничивание аморфных пленок гадолиний-кобальт с радиальным градиентом магнитных свойств // ЖТФ.- 2004.- Т. 74,- № 7.- С. 5054

12. Soltani M.L. Structural, compositional and annealing effects on magnetic properties in Ri. xCox(R = Er, Tb, Sm) amorphous thin film alloys // Journal of Non-Crystalline Solids.- 2007.- V. 353,- P. 2074-2078

13. Uchiyama S. Magnetic properties of rare earth-cobalt amorphous films // Materials Chemistry and Physics.- 1995.-V. 42.- P. 38-44

14. Hansen P., Clausen C., Much G., Rosenkranz M. and Witter K. Magnetic and magneto-optical properties of rare-earth transition-metal alloys containing Go, Tb, Fe, Co // J. Appl. Phys.-1989.-V. 66.- N. 2.- P. 756-767

15. Taylor R.C. and Gangulee A. Magnetization and magnetic anisotropy in evaporated GdCo amorphous films // J. Appl. Phys.-1976.-V. 47.- N. 10.- P. 4666-4668

16. Hasegawa R., Static bubble domain properties of amorphous Gd-Co films // J. Appl. Phys.-1974.- V. 45 .-N. 7,- P. 3109-3112

17. Choe G. and Walser R.M., Effect of ion beam mixing on microstructure and magnetic properties of Gd-Co multilayer films // J. Appl. Phys.-1996.-V. 79.- N.8.- P. 6306-6308

18. Toxen A.M., Gebalie T.H., White R.M., Exchange anisotropy in amorphous Gd-Co films // J. Appl. Phys.-1988.-V.64.- N. 10.- P. 5431-5433

19. Cerdeira M.A., Svalova A.V., Fernandez A., Vas'kovskiy V.O., Tejedor M., Kurlyandskaya G.Y. Magnetic properties and anisotropy of GdFe amorphous thin films // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials.- 2004,- V. 6.- № 2,- P. 599-602

20. Mangin S., Bellouard C., Marchal G., Barbara B. Control of magnetic anisotropy of GdFe thin films//JMMM.- 1997.- Y.165.-P. 161-164

21. Gangulee A. and Taylor R.C., Mean field analysis of the magnetic properties of vapor deposited amorphous Fe-Gd thin films // J. Appl. Phys.-1978.- V. 49.- N. 3.- P. 1762-1764

22. Taylor R.C., Magnetic properties of amorphous Gd-Fe films prepared by evaporation // J. Appl. Phys.- 1976.- V. 47.- N. 3.- P. 1164-1167

23. Kuo P.C. and Kuo Chih-Ming. Magnetic properties and microstructure of amorphous Coioo-xTbx thin films // J. Appl. Phys.- 1998.- V. 84.- № 6.- P. 3317-3321

24. Soltani M.L., Chakri N., Lahoubi M. Composition and annealing dependence of magnetic properties in amorphous Tb-Co based alloys // Journal of Alloys and Compounds,- 2001.- V. 323-324,- P. 422-426

25. Betz J., Mackay K., Givord D. Magnetic and magnetostrictive properties of amorphous Tb(i. x)Cox thin films // JMMM.,- 1999.- V. 207.- P. 180-187

26. Suzuki Yoshio. Effect of additional elements on the thermal relaxation of magnetic anisotropy in amorphous TbCo films // J. Appl. Phys.,- 1993.- V. 73.- P. 4507-4511

27. Chakri N.E., Guerrioune M., Fillion G. A study of magnetic properties for Sputtered amorphous Films Tb-Co based alloys // J. Eng. Appl. Sci.,- 2006,- V. 1.- № 3,- P.248-251

28. Ют T.W. and Gambino R.J. Composition dependence of the Hall effect in amorphous TbxCoi.x thin films // J. Appl. Phys.,- 2000.- V. 87.- № 4.- P. 1869-1873

29. Шипиль E.B., Погорелый A.H. Магнитная анизотропия в аморфных и модулированных пленках Tb-Fe // ФТТ.- 1996.- Т.- 38,- № 3.- С. 763-768

30. Русаков B.C., Введенский Б.С., Воропаева Е.Т., Кочетков В.В., Николаев Е.Н. Фазовые превращения при термических отжигах тонких магнитных пленок Tb-Fe // ФТТ.-1996,-Т. 38,-№4.- С. 1165-1171

31. Won-Gi Jung, Tae-Jong Han, Sang-Un Choi, Jung Yon, Tong Kun Lim, She-Kwang Lee, Soon-Gwang Kim. A study on the dielectric tensor elements of magneto-optic material TbFe thin films // J. Korean Phys Soc.- 1994,- V. 27.- № 2,- P. 151-156

32. Hansen P., in: Handbook of Magnetic Materials, V. 6, ed. K.H.J. Buschow, North-Holland, Amsterdam.- 1991.- P. 290

33. Васьковский B.O. Магнитные и магниторезистивные свойства плёнок на основе 3d-металлов и гадолиния со структурной и композиционной неоднородностями // Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук, Екатеринбург, 2002

34. Hiroyuki Uwazumi, Yasushi Sakai, Shunji Takenoiri, Magnetic layers for perpendicular recording media // Fuji electronic review.-2002.-V.8.-N. 3.-P. 73-76

35. Исхаков P.C., Середкин B.A., Столяр C.B., Фролов Г.И., Яковчук В.Ю., Эффекты обменного взаимодействия в двухслойных пленках DyxCoi-x/FeNi вблизи компенсационных составов аморфных сплавов DyCo // Письма ЖЭТФ,-2004.-Т. 80.-В. 10.-С. 743-747

36. Фролов Г.И., Середкин В.А., Яковчук В.Ю., Исследование параметров переходного слоя в обменно-связанной пленочной структуре NiFe/DyCo // ФТТ.-2011.-Т. 53.-В. 7.-С. 1279-1283

37. Фролов Г.И., Середкин В.А., Яковчук В.Ю., Исследование механизмов обменной связи в ферро-феримагнитной пленочной структуре NiFe/DyCo // Письма ЖТФ.-2010.-Т. 6.-В.2.-С. 17-23

38. Середкин В.А., Столяр С.В., Фролов Г.И., Яковчук В.Ю., Термомагнитная запись и стирание информации в пленочных структурах DyCo/FeNi(TbFe/NiFe) // Письма ЖТФ.2004.-Т. 30.-В. 19.-С. 46-52

39. Исхаков Р.С., Середкин В.А., Столяр С.В., Фролов Г.И., Яковчук В.Ю., Бондаренко Г.В., Чеканова Л.А., Поляков В.В., Особенности однонаправленной анизотропии в обменносвязанных пленочных структурах NiFe/DyCo // Письма ЖТФ.-2008.-Т. 34.-В. 13.-С. 75-82

40. Исхаков Р.С., Яковчук В.Ю., Столяр С.В., Чеканова JI.A., Середкин В.А., Ферромагнитный и спин-волновой резонанс в двухслойных пленках Nio.8Feo.2/Dyi.xCox // ФТТ.-2001.-Т. 43.-В. 8.-С. 1462-1466

41. Середкин В.А., Исхаков Р.С., Яковчук В.Ю., Столяр С.В., Мягков В.Г., Однонаправленная анизотропия в пленочных системах (RE-TM)/NiFe // ФТТ.-2003.-Т. 45.В. 5.-С. 882-886

42. Фролов Г.И., Яковчук В.Ю., Середкин В.А., Исхаков Р.С., Столяр С.В., Поляков В.В., Однонаправленная анизотропия в ферро-ферримагнитной пленочной структуре // ЖТФ.2005.-Т. 75.-В. 12.-С. 69-75

43. Chui К.М., Adeyeye А.О., Mo-Huang Li, Effect of seed layer on the sensitivity of exchange biased planar Hall sensor // Sensors and Actuators A.- 2008.-V. 141.- P. 282-287

44. King J.P., Chapman J.N., Gillies M.F. and Kools J.C.S., Magnetization reversal of NiFe films exchange-biased by IrMn and FeMn // J. Phys. D: Appl. Phys.-2001.- V. 34.- P. 528-538

45. Lua Z.Q., Pana G., Lai W.Y., Mapps D J., Clegg W.W., Exchange anisotropy in NiFe/FeMn bilayers studied by planar Hall effect // JMMM.-2002.-V. 242-245.- P. 525-528

46. Успенская JI.C., Ассиметричная кинетика перемагничивания тонких обменносвязанных пленок ферромагнетика// ФТТ.-2010.-Т. 52.-В. 11.-С. 2131-2137

47. Tsunoda М., Takahashi М., Exchange anisotropyof ferromagnetic/antiferromagnetic bilayers: intrinsic magnetic anisotropy of antiferromagnetic layer and single spin ensemble model // JMMM.-2002.- V. 239.-P. 149-153

48. Меренков Д.Н., A.H. Блудов, Гнатченко C.JI., Baran M., Szymczak R., Новосад B.A., Обменная анизотропия в поликристаллических пленках FeNi/FeMn с асимметрией петли гистерезиса// ФНТ.-2007.-Т. 33.- № 11.- С. 1260-1270

49. Fang Y.H., Kuo Р.С., Hsu S.L., Lin G.P., Exchange interaction effect of TbCo/FePt bilayers // JMMM.-2009.-V. 321.- P. 1863-1866

50. Redon O., Freitas P.P., Mechanism of exchange anisotropy and thermal stability of spin valves biased with ultrathin TbCo layers // J. Appl. Phys.-1998.-V. 83.- N. 5.- P. 2851-2856

51. Nogues J. and Schuller I.K., Exchange bias // JMMM.-1999.- V. 192.- N. 2.- P. 203-232

52. Sankaranarayanan V.K., Yoon S.M., Kim C.G., Kim C.O., Exchange bias investigations in FeMn based multilayers // Phys. Met. Metal.-2006.- V. 101.- Suppl. 1.- P. S70-S72

53. Smith N., Cain W.C., Micromagnetic model of an exchange coupled NiFe-TbCo bilayer //J. Appl. Phys.-1991.-V.- 69.-P. 2471-2479

54. Shichang Z., Lei C., Xiucheng Z., Daiheng L., Investigation of FMR characterization of the exchange coupling NiFe/TbCo bilayer films // Materials science progress.-1993.-V. 7.-№ 4.-P. 339-343

55. Cain W.C., Meiklejohn W.H., Krydcr M.H., Effects of temperature on exchange alloys of Ni80Fe20-FeMn, Ni80Fe20-aFe203, and Ni80Fe20-TbCo // J. Appl. Phys.-1987.-V.- 61.-P. 4170-4172

56. Cain W.C., Kryder M.H., Investigation of the exchange mechanism in NiFe-TbCo bilayers // J. Appl. Phys.-1990.-V.- 67.-P. 5722-5724

57. Azaroff L.V.; Kaplow R., Kato N., Weiss R.J., Wilson A.J.C., Young R.A., X-ray diffraction. McGraw-Hill.-1974

58. Чечерников В.И., Магнитные измерения. Издательство Московского Университета,-1969.- С.387

59. Clarke J., Braginski A.I., The SQUID handbook, Wiley-Vch,-2004.-V. 1 i

60. Hubert A. and Shafer R. Magnetic domains: The analysis of magnetic microstructures.-Berlin: Springer-Verlag.-1998

61. Guethner P., Mamin H., Rugar D., Magnetic force microscopy. In book: Scanning Tunneling Microscopy II, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Eds: R. Wiesendanger, H.-J. Gunherodt,-1992.- P.151-207

62. Proksch R., Foss S., Dahlberg E.Dan., Magnetic fine structure of domain walls in iron films observed with a magnetic force microscope // J.Appl.Phys.-1994.-V.75.-N.9.-P.5776-5778

63. Barnes J.R. et al. Magnetic force microscopy of Co-Pd multilayers with perpendicular anisotropy // J.Appl.Phys.-1994.-V.76.-N.5.-P.2974-2980

64. Wadas A., Wiesendanger R., Novotny P. Bubble domains in garnet films studied by magnetic force microscopy // J.Appl.Phys.-1995.-V.78.-N.10.-P.6324-6326

65. Wu J.C. et al. In-situ investigation of patterned magnetic domain structures using magnetic force microscopy // IEEE Trans. Magn.-1999.-V.35.-N.5.-P.3481-3483

66. Павлов JI.П. Методы измерения параметров полупроводниковых материалов. — М.: Высш. шк.,-1987

67. Глазер А.А., Константинова И.Ю., Потапов А.П., Тагиров Р.И. Температурная зависимость вращающейся анизотропии в закритических пленках сплавов железо-никель // ФММ.-1972.-Т.ЗЗ.-В.5.-С.946-953

68. Lee J-W., Cheng S-C.N., Kryder M.H., Laughlin D.E., The relationship between deposition conditions, microstructure and properties of RE-TM thin films. Materials for Magneto-Optic

69. Data Storage, Vol. 150: Materials Research Society Symposium Proceedings (Ed. by Robinsonand Suzuki).-1989.- P. 159-164

70. Herd S.R.On the nature of perpendicular anisotropy in sputtered Gd-Co thin films// J. AppLPhys.-1979.-V.50,№3 .-P. 1645-1647

71. Heiman N., Onton A., Kyser D.F., Lee K., Guarnieri C.R. Uniaxial anisotropy in rare earth (Gd, Ho, Tb) transition metal (Fe, Co) amorphous films// JMMM.-1975.-V.24.-P.573-574

72. Андреенко A.C., Никитин С. А., Магнитные свойства аморфных сплавов редкоземельных металлов с переходными Зd-мeтaллaми// Успехи физических наук, -1997.-Т. 167.- № 6.- С. 605-622

73. Игнатченко В.А., Исхаков Р.С., Попов Г.В. Закон приближения намагниченности к насыщению в аморфных ферромагнетиках //ЖЭТФ.-1982.- Т.82.- В.5.- С.1518-1531

74. Лесник А.Г. Наведённая магнитная анизотропия.-Киев.:Наукова думка.-1975.- С.163

75. Svalov A.V., Barandiarán J.M., Vas'kovskiy V.O., Kurlyandskaya G.V., Lezama L., Bebenin N.G., J. Gutiérrez, Schmool D., Ferromagnetic Resonance in Gd/Co Multilayers // Chin. phys. lett.-2001.-V. 18.-N. 7.-P. 973-975

76. Smardz L., Smardz K., Niedoba H., Structure and magnetic properties of wedged Co/Ti multilayers//J. Magn. Magn. Mater.-2000.-V.220.-P.175-182

77. Ping W,E. Y. Jiang, C.D. Wang, H.L. Bai, H.Y. Wang, and Y.G. Liu, Temperature dependence of microstructure and magnetic properties of Co/Ті multilayer thin films // J. Magn. Magn. Mater.-l 997.-V.81 .-N. 11 .-P.7301 -7305

78. Vas'kovskiy V.O., Svalov A.V., Gorbunov A.V., Schegoleva N.N., Zadvorkin S.M., Structure and magnetic properties of Gd/Si and Gd/Cu multilayered films // Physica В.-2002,-V.315.-P.143-149

79. Patrin G.S., Patrin G.S., Eremin E.V., Panova M.A., Vasil'ev V.N., Vas'Kovskii V.O., Svalov A.V., Magnetic resonance in multilayer Gd/Si/Co magnetic films // J. Experim. Theor. Phys.-2006.-V.102.-N.6.-P.131-136

80. LePage J.G., Camley R.E., Surface phase transitions and spin-wave modes in semi-infinite magnetic superlattices with antiferromagnetic interfacial coupling // Phys. Rev. Lett.-1990.-V. 65.-N.9.-P.1152-1155

81. Белов К.П., Звездин А.К., Кадомцева A.M., Левитин Р.З., Ориентационные переходы в редкоземельных магнетиках. Наука, М.-1979.-С.317

82. Sajieddine M., Bauer Rh., Cherifï К., Dufour С., Marchai G., Camley R.E., Experimental and theoretical spin configurations in Fe/Gd multilayers // Phys. Rev. B.-1994.-V.49.-N.13.-P.8815-8820

83. Лепаловский B.H., Магнитосопротивление и гистерезисные свойства пленок Fe-Co-Ni с варьируемой микроструктурой // Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук, Екатеринбург, 2002

84. Васьковский В.О, Савин П.А., Лепаловский В.Н., Кандаурова Г.С., Ярмошенко Ю.М., Особенности гистерезисных свойств и доменной структуры слоистых магнитных плёнок // ФММ.-1995.-Т.79.-В.З.-С.70-77.

85. СПИСОК СОБСТВЕННЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

86. Васьковский В.О., Свалов A.B., Балымов К.Г., Курляндская Г.В., Сорокин А.Н., Индуцированные магнитные фазовые переходы в многослойных пленках типа GdCo/Co// ФТТ.-2008.-Т.50.-В.8-С. 1424-1429

87. Васьковский В.О., Балымов К.Г., Ювченко A.A., Свалов A.B., Сорокин А.Н., Кулеш H.A., Магниторезистивная среда Fel9Ni81/Tb-Co с внутренним магнитным смещением// ЖТФ.- 2011.- Т.81.-В.7-С.83-87

88. Балымов К.Г., Васьковский В.О., Свалов A.B., Степанова Е.А., Кулеш H.A., Особенности перемагничивания пленок Tb-Co/Fel9Ni81 с однонаправленной анизотропией// ФММ.-2010.- Т.110, № 6.-С.550-555

89. Васьковский В.О., Савин П.А., Балымов К.Г., Получение и исследование магниторезистивных пленочных структур FeNi/FeMn // Сборник трудов Международной конференции «Новое в магнетизме и магнитных материалах», 28 июня 4 июля, 2009, Москва-С.136-137

90. Балымов К.Г., Васьковский В.О., Духан Е.И., Ювченко A.A., Автоматизированный высокочувствительный вибрационный магнитометр // Сборник тезисов ВНКСФ-11, 2005, Екатеринбург.-С.497-498

91. Vas'kovskiy V.O., Yuvchenko A.A., Lepalovskij V.N., Shchegoleva N.N., Balymov K.G., Magnetic and resistive properties of C0-SÍO2 filmswith varied microstructure// Abstract Book Moscow International Symposium on Magnetism.- 2005.-Moscow

92. Балымов К.Г., Васьковский В.О., Свалов A.B., Исследование искусственных ферримагнитных структур со слабой обменной связью // Тез докл. VIII молодежной школы семинара по проблемам физики конденсированного состояния вещества.-2007.-С.20 .

93. Свалов A.B., Васьковский В.О, Сорокин А.Н., Балымов К.Г., Курляндская Г.В., Гистерезисные свойства наноструктурированных плёнок тербия // Тез. докл. XXXV-ro совещания по физике низких температур.-2009.-С.178-179

94. Васьковский В.О., Балымов К.Г., Свалов А.В., Кулеш Н.А., Степанова Е.А., Сорокин А.Н., Магнитная анизотропия аморфных плёнок Tb-Со // ФТТ.-2011,- Т. 53.- В. 11.-С.2161-2168

95. Kulesh N.A., Balymov K.G., Stepanova E.A., Vas'kovsky V.O., Magnetic anisotropy and magnetostriction of amorphous TbCo films // Moscow International Symposium on Magnetism MISM-2011, August 21-25, 2011, Moscow, Russia, p. 426-427