Мессбауэровские исследования магнитооптических тонких аморфных пленок Tb-Fe тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

р Г о о & п с% КЗ

¿ш ^

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 539.231: 539.27: 537.6

ВОРОПАЕВА Екатерина Тимофеевна

МЕССБАУЭРОВСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТООПТИЧЕСКИХ ТОНКИХ АМОРФНЫХ ПЛЕНОК ТЬ-Ре

Специальность 01.04.17 - химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1996

Работа выполнена в Институте Энергетических Проблем Химической Физики РАН

Научные руководители:

Кандидат физико-математических наук ВВЕДЕНСКИЙ Б.С. Кандидат физико-математических наук РУСАКОВ B.C.

Официальные оппоненты:

Ведущая организация: Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Телевидения и Радиовещания.

Защита состоится 20 марта 1996 года в 11 часов на заседании Диссертационного Совета Д.003.83.01 при Институте Энергетических Проблем Химической физики РАН по адресу: 117829 Москва, Ленинский проспект 38, корп. 2 (в зале Заседаний 6А корп. ИХФ РАН).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института Химической физики РАН.

Автореферат разослан: _ ■Ф 1996 г

Ученый Секретарь Специализированного Совета

доктор химических наук, профессор РОЧЕВ Валерий Яковлевич, кандидат физико-математических наук ЛЕЙПУНСКИЙ Илья Овсеевич.

Доктор химических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы.

Исследования магнитной микроструктуры аморфных тонкопленочных сплавов типа "Редкоземельный металл -Переходный металл" (РЗМ-ПМ) представляют большой интерес как для фундаментальной науки - физики аморфного магнетизма, так и для практических приложений - технологии создания сред для современной высокоемкой информатики.

Аморфные магнитооптические пленки РЗМ-ПМ были впервые получены более 20 лет назад и с тех пор они являются объектом активного интереса многих исследовательских и конструкторских коллективов. Аморфные пленки РЗМ-ПМ обладают уникальной совокупностью характеристик, таких как перпендикулярная магнитная анизотропия, высокая магнитооптическая активность, удобные значения температур фазовых переходов, коэрцитивность и др.

Интенсивные исследования этих объектов дали большой объем экспериментальных данных, а также позволили создать новый класс носителей для записи информации. Вместе с тем до сих пор остаются невыясненными многие фундаментальные аспекты внутренней структуры этих аморфных сплавов, определяющие их наиболее общие макроскопические свойства. Так, недостает надежных экспериментальных данных о магнитной микроструктуре и магнитном упорядочении двухкомпонентных систем; до сих пор не решен окончательно вопрос о вкладе каждой из спиновых подсистем в суммарные магнитооптические эффекты.

В связи с этим весьма актуальным становится проведение экспериментальных исследований магнитной микроструктуры двухкомпонентных аморфных тонкопленочных сплавов РЗМ-ПМ.

Такие исследования, проведенные в широком диапазоне химических составов тонкопленочных сплавов и в широком температурном интервале, позволили получить параметры магнитного состояния подсистемы железа, определяющей магнитоптическую активность среды.

Цель работы.

1. Разработка технологии ионно-плазменного осаждения тонкопленочных аморфных сплавов РЗМ-Ре, обогащенных изотопом железа-57, и предназначенных для исследования методами мессбауэровской спектроскопии.

2. Экспериментальное определение параметров сверхтонкого взаимодействия ядер Ие в аморфных пленках ТЬ-Бе в диапазоне химических составов, для которых характерна перпендикулярная магнитная анизотропия. Определение зависимости значений магнитных моментов атомов железа от химического состава пленок ТЬ-Ие.

3. Экспериментальное определение ориентации векторов магнитных моментов железа в пленках ТЬ-Бе с перпендикулярной магнитной анизотропией.

4. Измерение температурной зависимости сверхтонкого поля на ядрах железа в диапазоне 4.2 - 420 К. Экспериментальная проверка гипотезы о решающем вкладе подсистемы железа в магнитооптические эффекты в "красном" участке видимого диапазона длин волн.

5. Исследование процессов старения и структурной релаксации под действием термического и лазерного отжига аморфных пленок ТЬ-Бе.

Научная новизна.

Определены значения параметров сверхтонкого взаимодействия ядер 57Бе в аморфных пленках ТЬ-Бе: квадрупольного смещения, сдвига и сверхтонкого магнитного поля на ядрах железа.

Установлено, что значение магнитного момента железа в пленках возрастает линейно с ростом концентрации атомов Бе в них.

Экспериментально установлено, что в пленках ТЬБе существует не равный нулю (18 - 34 град.) эффективный угол между магнитным моментом атомов железа и нормалью к пленке.

Впервые экспериментально подтверждено, что основной вклад в магнитооптическую активность пленок ТЬБе в красном участке видимого спектра вносит подсистема железа. Эта закономерность подтверждена в интервале температур от комнатной до точки Кюри.

Практическая ценность работы.

Модифицирована методика ионно-плазменного напыления, позволившая изготовить аморфные пленки РЗМ-Ре (обогащенные изотопом 57Ре) толщиной всего 160 нм, пригодные для получения мессбауэровских спектров.

Установлена корреляции между магнитооптическими и мессбауэровскими данными о величине и направлении векторов намагниченности атомов железа в аморфных пленках ТЬРе. Эти данные могут быть использованы при оптимизации технологии получения магнитооптических носителей для лазерной записи.

Определены характерные параметры и конечные продукты фазовых превращений, происходящих в пленках ТЬРе под действием термического отжига. Показано, что в незащищенных от окисления пленках происходит преимущественное формирование ос-фазы железа, в то время как в защищенных пленках большинство атомов железа остается в аморфном состоянии.

Определены характерные особенности эволюции структуры аморфных пленок ТЬ-Ре под действием циклического лазерного отжига. Показано, что значения сверхтонкого поля при воздействии лазерного отжига приближаются к значениям полей, характерных для близких по химическому составу кристаллических соединений ТЬ и Ре. Это характеризует происходящие в пленках процессы как атомное упорядочение.

Основные защищаемые положения.

1. Эксперименальное доказательство того, что значение магнитного момента железа в аморфных пленках ТЬ-Ре линейно зависит от концентрации Ре. Эта закономерность подтверждена для всего диапазона температур, в котором пленка находится в магнитном состоянии. При комнатной температуре для пленок с концентрацией тербия х > 23 ат. % значение магнитного момента меняется следующим образом:

фРе / с!х = -19.8 10-3 Цз /ат.%.

2. Обнаружение существования не равного нулю (18 - 34°) эффективного утла между магнитными моментами атомов железа и нормалью к пленкам в обладающих перпендикулярной

магнитной анизотропией пленках Tb-Fe. Наиболее вероятной причиной этого является угловая дисперсия векторов Цре, связанная со сперимагнитной структурой сплава Tb-Fe.

3. Экспериментальное подтверждение (на основании линейной корреляции мессбауэровских и магнитооптических данных, характеризующих состояние подсистемы железа) предположения о решающем вкладе подсистемы железа в суммарные магнитооптические эффекты в видимом диапазоне.

Апробация работы.

Основные результаты работы были доложены на:

-Международном Симпозиуме по магнитооптике - Intern. Symposium on Magneto-Optics-ISMO'91, Харьков, сентябрь 1991.

-Международной Конференции во Магнетизму InterMAG'92, Сент-Луис, США, апрель 1992 г.;

-Международном Симпозиуме по Магнитооптической Записи - MORIS'92, Тьюсон, Аризона, США, декабрь 1992 г.;

-Международном Симпозиуме пр Промышленному Применению Эффекта Мессбауэра - ISIAME'92, Отсу, Япония, 1992 г.;

-V Международном Совещании по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких

взаимодействий, Дубна, Россия, 1993 г.;

-Международной Конференции по магнетизму - 1СМ'94, Варшава, Польша, 1994 г. и др.

Результаты диссертации были также опубликованы в 4-х статьях, перечисленных в списке публикаций.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Работа содержит страниц, З^рисунков, 6 таблиц. Список цитируемой литературы содержит /27 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во Введении обоснована актуальность выбранной темы, намечены задачи исследования, а также описана структура диссертации.

£

В первой главе дан обзор литературы по теме диссертации. Аморфные пленки РЗМ-ПМ представляют собой двухкомпонентные среды, в которых атомы двух спиновых подсистем связаны отрицательным обменным взаимодействием. Для таких сред характерно наличие специфических температурных особенностей: точки магнитной компенсации, температуры Кюри, а также соответствующих аномалий в температурных зависимостях коэрцитивной силы и намагниченности.

Отличительной особенностью пленок РЗМ-ПМ является наличие одноосной перпендикулярной магнитной анизотропии, делающей эти материалы весьма привлекательными для использования в качестве сред для высокоплотной записи сигналов.

С точки зрения практических применений важнейшим свойством пленок РЗМ-ПМ является их магнитооптическая активность - эффекты Керра и Фарадея. Это свойство обусловлено электронными переходами в обеих подсистемах сплава. К сожалению, до настоящего времени не решен окончательно вопрос о вкладе каждой из подсистем в суммарные магнитооптические эффекты. Широко принятая в настоящее время точка зрения о решающем вкладе ПМ-подсисгемы в видимом диапазоне спектра базируется только на теоретических представлениях и косвенных экспериментальных данных.

Микромагнитные характеристики аморфных пленок тесно связаны с их морфологией, которая является предметом активных исследований. Эксперименты свидетельствуют о том, что в аморфных пленках РЗМ-ПМ часто наблюдается т.н. "столбчатая структура", когда перпендикулярные подложке (или расположенные под углом к ней) столбцы из плотного матерала диаметром несколько нанометров окружены материалом пониженной плотности. Ориентация столбцов, зависящая от условий напыления, определяет интегральные магнитные характеристики пленок (коэрцитивную силу, намагниченность, константу анизотропии).

Мессбауэровская спектроскопия является эффективным инструментом, позволяющим получить данные о микромагнитной структуре аморфных пленок РЗМ-ПМ. Этот метод позволяет, в частности, получить информацию о величине и направлении магнитных моментов атомов различных спиновых подсистем сплавов. В частности, как было

показано экспериментально, сверхтонкое поле Н„ на ядрах 57Fe пропорционально магнитному моменту атома железа в сплавах с РЗМ:

Н„/цРе=145кЭ/цв (1)

В аморфных сплавах РЗМ-ПМ наблюдаются различные типы магнитного упорядочения, определяемые величинами спинового и орбитального моментов атомов. В единственной работе, посвященной мессбауэровским экспериментам на пленках Tb-Fe, показано, что магнитные моменты железа в таких пленках могут быть отклонены относительно нормали к пленке на некоторый эффективный угол, оцениваемый величиной порядка 30 градусов.

Можно предполагать, что микромагнитные параметры пленок будут эволюционировать в процессе их долговременного хранения, а также в процессе термического или импульсного лазерного воздействия на них. Однако наблюдается ощутимый недостаток экспериментальных денных, посвященных данному вопросу. В частности, существует всего 2 публикации одних и тех же авторов о лазерном отжиге пленок РЗМ-ПМ.

Во второй главе описаны использованные в работе технологические и экспериментальные методики. Для приготовления образцов использовалась вакуумная напылительная установка SCM601J фирмы АЛКАТЕЛЬ, смонтированная в чистой зоне класса 100. Высокочастотное распыление аморфных металлических слоев и диэлектрических защитных покрытий из SiN проводилось с помощью магнетронных источников. Для распыления сплава Tb-Fe использовалась составная мозаичная мишень диаметром 150 мм. Мишень была специально обогащена мессбауэроским изотопом 57Fe (степень обогащения компоненты железа - 70-85%), что позволило изготавливать пленки, пригодные для мессбауэровских измерений, толщиной не более нескольких десятков нанометров.

Были изготовлены пленки Tb-Fe тощиной 160 нм с содержанием ТЬ от 11 до 34 ат.%.

Магнитные и магнитооптические (МО) измерения проводились на МО шстериографе, в проходящем (эффект Фарадея) и отраженном (эффект Керра) лазерном (X = 633 нм) излучении.

Мессбауэровские измерения проводились на спектрометрах типа МС1101Э (комнатная температура) и типа WISSEL (температурный диапазон 4.2 - 420 К). Для обработки и анализа мессбауэровских спектров использованы программы DISTRI, SPECTR и FIELD, входящие в комплект MSTOOLS.

Были исследованы также образцы пленок, подвергнутые термическому (до ~ 500°С) и лазерному отжигу. В последнем случае для импульсного воздействия на образец использовался неодимовый лазер (плотность энергии на образце ~ 0.1 Дж/см2).

В третьей главе описаны результаты исследований образцов пленок Tb-Fe во всем диапазоне концентраций, в котором пленки имеют перепендикулярную магнитную анизотропию, (содержание Tb от 11 до 34 ат. %).

Мессбауэровские спектры пленок представляют собой секстеты с практически отсутствующими 2-й и 5-й компонентами. В спектрах не наблюдалось компонент, соответствующих железосодержащим фазам с регулярной структурой (a-Fe, окислы Fe, соединения Tb и Fe). Для всех спектров характерно квазинепрерывное распределение сверхтонких параметров, что свидетельствует об аморфности образцов.

Величины магнитных моментов Fe.

Как известно, поле Ферми Ниить величина которого пропорциональна магнитному моменту Зё-оболочки, а направление антипараллельно магнитному моменту атома железа цке, дает доминирующий вклад в суммарное сверхтонкое поле на ядре Fe. Для определения значений магнитных моментов цр. мы использовали соотношение (1).

На рис.1, приведена зависимость среднего значения сверхтонкого поля от концентрации Tb в пленках. Для образцов с х<23 ат. % поле на ядре (и величина магнитного момента UFe) резко возрастает с ростом х, что объясняется близостью температуры проведения эксперимента к температуре Кюри (пунктир на графике) и ростом последней в этом диапазоне составов. Для пленок с х>23 ат. % точка Кюри сравнительно высока и уменьшение магнитного момента железа с ростом х, описываемое соотношением

dnFe /dx = -19.8 10-3 рв/ат.%, (2)

ТЪхЕе10о-х 300 1 г 450

О!

а о, о (а р.,

а

со

и

й К

200 -

100 1

О

г 300

I 1 I 1 1 I п т-ргп 1 I I 1 'Г I Г'1 ч 1-1 Г| Р"г

15 25 35

0

: 150

х, ат.%

Рис. 1. Зависимость температуры Кюри Тс (- - -) (литературные данные), среднего значения сверхтонкого поля Н„ (о) и нормированного угла фарадеевского вращения аР (-*-) от концентрации ТЬ в пленках.

связано, по-видимому, с дополнительной гибридизацией 5d- и бэ-электронов тербия с 3<1-электронами железа.

Мессбауэровские спектры пленок, полученные при различных температурах (пример на рис. 2), подвергались математической обработке с помощью программы DISTRI, в результате чего были получены функции распределения сверхтонкого поля р(Нп) на ядрах железа. Зависимости среднего значения сверхтонкого поля Нд от температуры для того же образца приведена на рис. 3.

Для описания полученных зависимостей мы использовали модель молекулярного поля. В этом предположении сверхтонкое поле на ядре железа описывется функцией:

Ho(T,S,Hn(0),Tc)=Hn(0)Bs{[3S/(S+l)](Hn/Hn(0)(Tc/r)}, (3) где Bs(x) - функция Бриллюэна.

Имея набор экспериментальных точек НП(Т) и варьируя с помощью программы FIELD параметры HD(T=0), S и Тс, мы добились наилучшего описания экспериментальных данных в модели молекулярного поля (сплошная линия на рис. 3.). Обработка данных позволила получить численные значения Нп(Т=0), S и Тс (Табл.1). По результатам данного эксперимента можно судить об изменении величины магнитного момента цРе (Нп(Т=0) и S) во всем интервале исследуемых составов. Налицо подтверждение тенденции возрастания величины цре с ростом содержания железа в образце, описанной по результатам измерений при комнатной температуре.

Табл.1. Значения параметров (и стандартных отклонений), полученные при описании экспериментальных данных в модели молекулярного поля.

X, ат. % ТЬ 13.5 20.2 25.6

Н„ (Т=0), кЭ 271.9(6.2) 260.8 (3.3) 245.4(1.6)

S 1.25 (.81) 1.13 (.29) 0.5 (.5)

Тс, К 333.8 (6.0) 397.6 (1.6) 405.0 (.1)

Таким образом, наши эксперименты позволили сделать вывод о том, что в широком диапазоне концентраций величина магнитного момента железа линейно зависит от содержания железа в сплавах с РЗМ.

10

ТЪ25.бРе74.б

V, мм/с

Рис. 2. Мессбауэровскме спектры пленки при различных температурах.

ТЬ25.бГе7414

о

О 100 200 300 400 500

Т, К

Рис. 3. Температурная зависимость значения сверхтонкого поля на ядрах 57Ре в пленке (экспериментальные данные - О , описание в модели молекулярного поля--).

1Z

Ориентация магнитных моментов Fe.

Вероятности 7-переходов, соответствующих компонентам зеемановского секстета, зависят от угла а между полем Нп и волновым вектором регистрируемых у-квантов (совпадающим в нашем случае с нормалью к пленке):

Pi,6 : Pi,5 : Рз,4 = 3(l+cos2a):(4 sin2a):(l+cos2a) = 3:р:1, (4)

где р=(4 sin2a)/(l +cos2a).

В случае "тонкого образца" площади компонент зеемановского секстета пропорциональны вероятностям {pi}. Эксперименты показывают, что сверхтонкое поле Нп (и магнитные моменты |iFe) в исследованных образцах отклонены от нормали к пленке на некоторый эффективный угол <х, значение которого зависит от концентрации тербия (рис.4) и минимально для составов, близких к компенсационному (~22 ат.% ТЬ).

Для объяснения результатов в работе предложено несколько физических моделей:

- модель "пленарного" слоя, предполагающую наличие на поверхности пленок тонкого слоя с ориентацией магнитных моментов в плоскости пленки;

- модель доменных стенок, дающих свой вклад в усредненную ориентацию магнитных моментов;

- модель дисперсии магнитной анизотропии, связанной с ориентацией магнитных моментов вдоль образующих конусов столбчатой структуры.

модель дисперсии магнитных моментов железа вследствие сперимагнитной структуры сплава.

Численные оценки каждого вклада позволили сделать вывод о решающем влиянии механизма угловой дисперсии связанного со сперимагнитной структурой, характерной для сплавов Tb-Fe. В пользу этой гипотезы говорят также результаты температурных мессбауэровских измерений.

Намагниченность подсистемы железа и магнитооптическая активность пленок.

Сравнение данных мессбауэровских и МО измерений позволяет судить о справедливости гипотезы о решающем вкладе подсистемы железа в суммарные МО эффекты.

На рис. 1 вместе с величинами Нп приведены значения углов фарадеевского вращения (нормированных на число атомов железа в пленке) для соответствующих образцов,

45 л

30 -

«

й а и

3 15 -

0

ТЪхГе100-

д

I М

I

—1—I—I—I—I

20 35

X %

х

Рис. 4. Концентрационная зависимость эффективного угла а

отклонения магнитных моментов атомов железа от нормали к пленке по нашим (■) и литературным данным (Д).

полученные при комнатной температуре. Сравнение полученных нами в интервале температур от 300 до 420К мессбауэровских данных с результатами МО измерений тех же образцов подтвердило наличие линейной коррелляции соответствующих данных. Поскольку значение Н„ непосредственно связано с величиной магнитного момента железа цре, мы можем сделать вывод о том, что МО активность сплавов Tb-Fe в видимом диапазоне определяется параметрами подсистемы железа.

В четвертой главе описаны структурные превращения в аморфных пленках Tb-Fe под действием термического и лазерного отжига.

Для циклического термоотжига были выбраны образцы с концентрацией тербия 25.6 ат. %. Исследованы образцы двух групп: изготовленные во обычной технологии (защищенные от окисления) и без защитных покрытий на внешней поверхности.

Первоначальные параметры МО петель гистерезиса образцов обеих групп были идентичны по форме, коэрцитивной силе и максимальной величине фарадеевского вращения (см. рис.5). Петли свидетельствовали об ориентации магнитных моментов вдоль нормали к пленкам.

При циклическом термоотжиге незащищенных пленок при температурах выше 170° С происходит резкое увеличение коэрцитивной силы и уменьшение утла МО вращения (рис.5). Мессбауэровские измерения (рис.6.) указывают на уменьшение содержания аморфной фазы исходного состава. При дальнейшем повышении температуры отжига происходит кристаллизация фазы с искаженной примесями структурой типа a-Fe (~65 ат, % при 250°С). При этом ~10% атомов Fe находятся в парамагнитном состоянии, а ~25% - в магнитоупорядоченном состоянии в виде соединений Tb-Fe.

При циклическом термоотжиге защищенных пленок вплоть до температур ~400°С при неизменной форме петель гистерезиса и постоянном фарадеевском вращении наблюдается лишь монотонное уменьшение коэрцитивной силы. При дальнейшем повышении температуры отжига прямоугольность петель гистерезиса и фарадеевское вращение резко падают. Мессбауэровские данные (рис. 6) показывают увеличение эффективного утла между магнитными моментами железа и нормалью к пленке до ~6б°. В образце происходит

ТЬ25.бРе74.4

00 Л

n -

N

«

Й Рн

и

£ а

о -

n

СО

-15

о -

250°С

-I-'-г

-5 5

Н, кЭ

n

И |

20°С

450 С

500°С

I I I I I | | | | м ' 1 1 I

15 -8 -4 0 4 8

Н, кЭ

Рис. 5. Магнитооптические петли гистерезиса (эффект Фарадея)

незащищенной (а) и защищенной (б) пленок ТЬ25.бРе74.4 после термообработки на воздухе при соответствующей температуре.

1С

ТЬ26Ре74 (незащищ.)

(М1

0)

Я о

250 С

"1—ГП—I—I—г-г-

-8-4 0 4 V, мм/с

Н„, кЭ

Рис. 6. Мессбауэровский спектр (а) и распределение сверхтонкого

поля р(Нп) на ядрах 57Ре (б) в незащищенной пленке ТЬ 25.6^744 после термообработки на воздухе при соответствующей температуре.

//

атомное упорядочение и появляются фазы, обедненные тербием. При дальнейшем повышении температуры петля гистерезиса вырождается в линию, коэрцитивная сила уменьшается до нуля (рис. 5). С помощью программ обработки мессбауэровских данных SPECTR и DISTRI получены численные оценки: после отжига при 500° С -32% атомов железа находятся в кристаллической фазе a-Fe, ~67% - в аморфном и -1% - в парамагнитном состояниях.

По окончании полного цикла термического отжига пленки обоих типов приобретают анизотропию типа "легкая плоскость", о чем свидетельствуют как магнитооптические (рис. 5), так и мессбауэровские (рис. 6) данные. Окисления железа не происходит ни в одном из образцов. Сравнение магнитооптических петель Керра и Фарадея показывает, что в защищенных пленках все фазовые превращения происходят однородно по объему, в то время как в незащищенных образцах они начинаются с поверхности.

В процессе последовательного лазерного отжига значения коэрцитивной силы пленок и угла фарадеевского вращения уменьшаются (рис. 7). Магнитные моменты изменяют свою ориентацию, причем изменения в пленке происходят практически однородно по объему. В процессе поэтапного (В, С и D на рис. 7 и 8) лазерного отжига пленка приобретает анизотропию типа "легкая плоскость".

В исходном состоянии пленок величина эффективного угла a между магнитными моментами железа и нормалью к пленке лежит в пределах от 18 до 25 градусов для образцов различных составов. В процессе лазерного отжига этот угол возрастает и достигает ~80°. В пленках с высоким содержанием железа наблюдается образование кристаллической фазы типа a-Fe. В образцах происходит некоторое атомное упорядочение. При этом средние значения полей сверхтонкого взаимодействия приближаются к известным из литературы значениям полей для соответствующих по составу кристаллических фаз Tb-Fe (рис. 8).

СО -1

ТЬ17.6Ре82.4

Т—I—I—I-1-1 I I I I I | I г

-8 -4 0 4 8

Н, кЭ

Рис. 7. Магнитооптические петли гистерезиса (эффект Фарадея) пленки ТЬ17.бРе824 в исходном состоянии (А) и после различных этапов лазерного отжига (В, С, О).

/У

о о

со

о о

(М

о о н

ТЬхРе10о-х

ТЬ2Ге17 ТЬРе3 I 1 ТЬРе2

Е В

© ч ^ ^

А

В *

А

О I I I I II М П I II М I I I I I I I I I I I 1 1 1 I I

15

25 35

X, ат. %

Рис. 8. Концентрационная зависимость среднего значения

сверхтонкого поля в пленках ТЬ-Яе в исходном состоянии (А) и после различных этапов лазерного отжига (В, О), а также в кристаллических соединениях ТЬЯе (литературные данные -Е).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Получены значения магнитооптических и мессбауэровских параметров пленок, свидетельствующие об аморфности пленок во всем исследуемом диапазоне концентраций и о пригодности полученных сред для МО записи информации. Показана однородность магнитных и магнитооптических свойств пленок по толщине. Подтверждена долговременная стабильность пленок Tb-Fe с содержанием ТЪ от 11 до 34 ат. %.

2. Впервые получены параметры сверхтонкого взаимодействия ядер 57Fe в тонких аморфных пленках Tb-Fe в широком диапазоне температур и концентраций.

3. Установлено, что в пленках Tb-Fe значения магнитных моментов атомов железа линейно возрастают с ростом концентации Fe.

4. Экспериментально установлено, что в обладающих перпендикулярной магнитной анизотропией пленках Tb-Fe существует не равный нулю (18-34°) эффективный угол между магнитными моментами атомов железа и нормалью к плоскости пленки. Проведен анализ возможных причин наблюдаемой угловой дисперсии.

4. Впервые экспериментально доказан решающий вклад подсистемы железа в формирование магнитооптической активности пленок в видимом диапазоне спектра.

5. Установлено, что процессы структурных изменений при воздействии термического отжига проходят по-разному в зависимости от наличия или отсутствия защитного слоя на поверхности пленок. В незащищенных пленках происходит окисление поверхности, распространяющееся на объем образца и приводящее к полной утрате перпендикулярной анизотропии уже при 250°С. В защищенных пленках изменения происходят однородно по объему; утрата перпендикулярной анизотропии наступает при 500°С. При этом происходящий процесс фазообразования a-Fe более активен в незащищенной пленке.

6. Установлено, что в процессе лазерного отжига защищенных от окисления пленок с содержанием ТЬ 18-34 ат. % происходит атомное упорядочение в направлении формирования кристаллических фаз Tb-Fe. В пленках с малым содержанием ТЬ (11 - 14 %) происходит также формирование кристаллической фазы типа a-Fe .

Основные результаты работы опубликованы в следующих работах:

1. В.С.Русаков, Б.С.Введенский, Е.Т.Воропаева, Е.Н.Николаев. "Мессбауэровские и магнитооптические исследования тонких пленок TbFe" - Физика Твердого Тела, 1992,34, N8, 2438-2444.

2. V.S.Rxisakov, B.S.Vvedensky, E.T.Voropaeva, E.N.Nikolaev, "Mossbauer Spectroscopy and Magneto-Optical Studies of Tb-Fe Films" - IEEE Trans. Magn., 1992, 28, N2, Pt.2, p. 2524-2526;

3. B.S.Vvedensky, V.S.Rusakov, S.N.Gadetsky, E.T.Voropaeva, V.V.Kochetkov, A.V.Stupnov, E.N.Nikolaev. "Mossbauer Study of Laser-annealed Tb-Fe Films for Magneto-optic Recording" - Journal of the Magnetic Society of Japan, 1993,17, Suppl.Sl,p. 102-105.

4. В.С.Русаков, Б.С.Введенский, Е.Т.Воропаева, В.В.Кочетков, Е.Н.Николаев. "Фазовые переходы при термических отжигах тонких аморфных пленок TbFe" - Физика Твердого Тела, 1996, т. 38, N4 (в печати).

5. V.G.Kavalerov, E.N.Nikolaev, V.S.Rusakov, E.T.Voropaeva, B.S.Vvedensky. "Mossbauer Spectroscopy Studies of Magneto-Optical Tb-Fe Films" - International Symposium on Magneto-Optics -ISMO'91, Kharkov, USSR (1991), 12BB-03, Program & Abstracts, p. 149.

6. Б.С.Введенский, Е.Т.Воропаева, Е.Н.Николаев, В.С.Русаков. "Исследование магнитной структуры пленок Tb-Fe методом мессбауэровской спектроскопии" - XIX Всесоюзная конференция по физике магнитных явлений, Ташкент (1991), Тез. докл., Часть 2, стр. 84.

7. Б.С.Введенский, Е.Т.Воропаева, Е.Н.Николаев, В.С.Русаков. "Магнитооптические и мессбауэровские исследования аморфных пленок TbFe" - Семинар по магнитомикро-электронике, Алушта (1991), Тез. докл., стр. 59.

8. V.S.Rusakov, B.S.Vvedensky, E.T.Voropaeva, E.N.Nikolaev. "Mossbauer Spectroscopy and Magneto-Optical Studies of Tb-Fe Films" - Dig. INTERMAG'92, St. Louis, USA (1992), Da-U.

9. V.S.Rusakov, B.S.Vvedensky, R.T.Voropaeva, V.V.Kochetkov, E.N.Nikolaev. "Mossbauer Spectroscopy and Magneto-Optical Study of Heat-Treated Tb-Fe Films" - The Third Intern. Symposium on the Industrial Applications of the Mossbauer Effect", ISIAME'92, Otsu, Japan, Aug. 24-27,1992, Abstracts, 25p-26.

2Z

10. B.S.Vvedensky, V.S.Rusakov, S.N.Gadetsky, E.T.Voropaeva, V.V.Kochetkov, A.V.Stupnov, E.N.Nikolaev. "Mossbauer Study of Laser-annealed Tb-Fe Films for Magneto-optic Recording" - Magneto-Optical Recording International Symposium MORIS'92, Tucson, Arizona, USA, Dec. 1992, Dig. Mp-1, p. 10.

11. Б.С.Введенский, Е.Т.Воропаева, В.В.Кочетков, Е.Н.Николаев, В.С.Русаков. "Магнитооптические и мессбауэровские исследования термообработанных пленок Tb-Fe" - XII Всесоюзная школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники (магнитные пленки)", Астрахань (1992), Тез. докл., Часть 2, стр.38-39.

12. V.S.Rusakov, B.S.Vvedensky, E.T.Voropaeva, V.V.Kochetkov, A.V.Stupnov, E.N.Nikolaev. "Laser Annealed and Heat-Treated Tb-Fe Films: Mossbauer Spectroscopy and Magneto-Optical Studies" - Dig. INTERMAG'93, Stokholm, Sweden, EF-08, 1993.

13. В.С.Русаков, Б.С.Введенский, Е.Т.Воропаева, Е.Н.Николаев. "Сверхтонкие взаимодействия в аморфных пленках Tb-Fe" - 5-ое Международное совещание по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий, Россия, Дубна, 1993, Прогр. и Тез. Докл., стр.74.

14. E.T.Voropaeva, P.Wartewig, K.Knese, M.Krause, B.S.Vvedensky, V.S.Rusakov, E.N.Nikolaev. "Temperature studies of Magnetooptical TbFe Films by Mossbauer Spectroscopy" -

International Conference of Magnetism ICM'94, Warsaw, Poland, 1994, BP.95.

Подписано к печати 14.02.96 Заказ N104-96 Тираж 60 экз.

Отпечатано на ротапринте Института проблем механики РАН 117526, Москва, пр-тВернадского,101