Процессы перемагничивания двуслойных аморфных обменносвязанных пленок сплавов РЗМ с кобальтом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.11 ВАК РФ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ¡ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. А.М.ГОРЬКОГО

РГБ ОД

На правах рукописи

Г

ДВОРКИНА-САМАРСКАЯ АНТОНИНА АНАТОЛЬЕВНА

УДК 530.152.16)538.216.2

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЯ ДВУСЛОЙНЫХ АМОРФНЫХ ОБМЕННОСВЯЗАННЫХ ПЛЕНОК СПЛАВОВ РЗМ О КОБАЛЬТОМ

01.04.11 - физика магнитных явлений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фиэико-математических наук

- г -

Работа выполнена в проблемной лаборатории физики магнитных явлений Иркутского государственного педагогического1 института "

кандидат физико-математических наук А. Е. ГАФНЕР

I

доктор физико-математических наук Б. Н. ФИЛИППОВ

_ кандидат физико-математических наук В. 0. ВАСЬКОВСКИЙ"

Ведущее учреждение - Институт физики им. , Л.В.Ки-

ренского СО РАН

Защита состоится " 9 " <ьеЛ-аг*спШ5г. в часов на заседании специализированного совета К 063.78.04 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук в Уральской орддена Трудового Красного Знамени государственном уиверситете им. А.«.Горького (620083, Екатеринбург. К-83, пр. Ленина, 51, комната 24В).

С диссертацией мо*но ознакомиться в научной библиотеке Уральского университета.

Автореферат разослан " В Ы 199 *Гг.

Научный руководитель -Официальые оппоненты -

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат физико-математических н старший научный сотрудник

Н.Б.Кудреватых

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Двухслойные структуры иа тонких пленок сплавов редкоземельных и переходных (РЗ-ПМ) металлов в настоящее время являются предметом внимания исследователей. Во-первых, интересна магнитная структура аморфных пленок сплавов РЗ-ПМ вследствие преобладающей роли отрицательного обменного взаимодействия между атомами редкоземельных и переходник металлов, а также вследствие особенностей их свойств в области температуры магнитной компенсации (Тк),

Во-вторых, в рассматриваемых структурах может существовать обменное взаимодействие мелду отдельными сдоями системы. В таком случае магнитное состояние одного слоя влияет на магнитное состояние другого слоя и перемагничивание различных Пленок оказывается взаимосвязанным.

Кроме того, пленки сплавов РЗ-ПМ используются как пленочный носитель информации с гермомагнитным способом записи (ТМЗ) для магнитооптических (МО) дисков. В частности, в 1980 г. японскими специалистами был создан опытный образец магнитооптического диска с рабочим слоем сплава РЗ-ПМ, а в 1988 г. фирмы изготовители выпустили первые магнитооптические диски для ЗУ ЭВМ. Применение двухслойных обменносвязанных пленок позволяет расширить температурный интервал существования отабильных доменов, получить низкую энергию записи при высокой плотности битов. Таким образом, вопросы практического использЬвания выд-витают на первый план задачу наиболее полного и всестороннего изучения магнитных свойств двухслойных пленок со взаимодействующими слоями.

Наконец, явления взаимодействия между сдоями сами по себе представляют большой научный интерес. Идентификация различных взаимодействий, сяязывающих магнитные пленки и их изучение позволяет предсказывать вытекающие из них аффекты и создавать материалы с новыми магнитными параметрами.

Изучение процессов перемагничивания в двухслойных обменносвязанных пленках сплавов РЗ-ПМ представляется весьма актуальным. Многие аспекты этой проблемы уже рассматривались как экспериментально, так и в рамках различных теоретически моделей. Тем не менее, до настоящего времени многообразие свойств

двухслойных обменноевязанных пленок далеко не исчерпано.; Например, практически отсутствуют данные о роли, которую оказывает поверхность раздела слоев на процессы перемагничивания, недостаточно изучена возможность изменеиия величины обменной связи иещу слоями.

Цель работы - установить влияние условий формирования поверхности раздела слоев на гистереаисные свойства двухслойных пленок сплавов РЗМ с кобальтом, а также поиск путей регулирования гиотереаисвых характеристик двухслойных сред для. ТМЗ на основе атих сплавов.

В работе приведены результаты решения следующих•задач;

1. Экспериментальное исследование гистерезисных свойств пленок гедЕШшнй-кобальг в температурном интервале, вклшшцеи температура компенсации слоев.

2. Анализ экспериментальных гистерезисных кривых пленок гедодаквш-кобальт с химическим составом слоев блиаким, к ком-сгесгщюнному в рачках модели двухслойной обменносвязанной еаиаки.

3. Экспериментальное исследование зависимости магнитооптических петель гистерезиса двухслойных пленок от условий фор-шрования поверхности раздела слоев.

4. Поиск путей регулирования гистерезисных характеристик, магнитных и магнитооптических параметров двухслойных сред на основе оплавов кобальта с РЗМ:

- изучение влияния толщн слоев на свойства двухслойных пленок (6с145ТЬ45РГ1о)20-Е1Соао-7о/С<2с145ТЬ45РГ1о)22-2ЭС07е-77}

- исследование временной стабильности свойств двухслойной ерэды.

Научная новизна проведанных исследований заключается и следующем;

1. Проведено изучение двухолойных обменноовяэанных пленок сплавов Ш-Со, включающее идентификацию типа обменного взаимодействия, измерение интегральных петель гистерезиса пленки к магнитооптических петель гистерезиса каждого слоя в широком интервале температур, а также расчеты полей перемагничивания системы с использованием модели двухслойной обменносвяааннсщ пленки с однородно намагниченными слоями. Качественное согласие теории и эксперимента указывает на адекватность теории

процессу перемычшчивания реальной пленки. Аналив вксперимеи-тальных гистереэисных кривых пленок Od-Со показывает воамо.и-ноотъ использования сплавов Bd-Co в качестве объекта для обобщения и систематизации результатов исследования ориентационних перекодов в двухслойных обменкоовязанкых оиотемах о перпендикулярной анизотропией.

8. Впервые проведены исследования влияния методики получения двухслойных образцов на распределение компонентов сплава на поверхности раздела слоев и, следовательно, на величину обменной связи мелау ними. При этом установлено;

- слои пленки перемагничиваются независимо друг от друга в случав формирования границы раздела слоев при атмосферной давлении.. В этом случае обменное взаимодействие между олояии ослаблено;

. - в процессе роста прослойки внутри пленки за счет диффузионного перераспределения атомов ' кислорода в межслойной области происходит увеличение обменного взаимодействия между слоями;

- при формировании поверхности рзздела слоев в условиях г. вакуума камеры осаждения (давление по аргону 10"3 Topp) прослойка между аморфными слоями имеет дисперсную кристаллическую структуру и itj разному взаимодействует с верхним и нижним слоями. « •

3. Впервые исследованы особенности гистерезисных свойств двухслойных обменносвяэанных пленок criaaBOB(Gd4sTb4sPrio)20-21 • Ctoeo-7g/(Gd45Tb45Prio)22-23C078-77( при систематическом варьировании толщины каждого слоя (от 300 до 900 А) '.

Практическая "значимость представленных в диссертационной работе материалов определяется возможностью применения двухслойных обменносвяэанных пленок сплавов РЗ-ПМ в качестве рабочего слоя магнитооптического диска и заключается в следующем:

1. Проведенный анализ экспериментальных • гистерезисных кривых пленок Gd-Co в рамках модели двухслойной "пленки с однородно намагниченными слоями позволяет прогнозировать Поля пе-ремагничивания взаимосвязанных систем, что открывает возможность создания обменносвяэанных пленок с заданными магнитными свойствами. '

2. Показана возможность регулирований поля перемагничива-

- в -

ния (о? 0,6 до 8 кЭ) в пленках с антиферромагнитным взаимодействием i. ¿аду слоями путец последовательного химического отрзвлквадия верхнего слоя.

3. Установлено оптимальной для ТМЗ соотношение толщин owes (400 А/400 А) у пденрк сплавов (й^ТЬ^Рпо) ео-23

OOQO-77.

Результаты работы способствуют пониманию процессов! пере-магннчивания в двухслойных обменносвязанных система^ и, i следовательно, более направленному и еффективному поиску новых материалов с параметрами, необходимыми для практического применения,

Диссертационная работа выполнен^ в соответствии с планом каучно-иосгедовательских работ Министерства образования Российской федерации на 1992-1993 гг. по теме "Структурная релаксация и магнитные свойства аморфных материалов на основе переходных металлов и их сплавов с F0M" (номер госрегистрации 0025107). Результаты диссертационной работы как составная чдоть входят в программу ГКИО "Новые конструкционные и функциональные материалы" ' (приказ N 639 Госкомобразования СССР от 03.03,99) в раздел N 20 "Научные основы создания аморфных материалов для устройств магнитной памяти с объемом более 1 ГБТ", запланированный Проблемной лабораторией физики магнитных явлений Иркутского государственного педагогического института в 1689-1991 годах.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлялись на Всесоюзной симпозиуме по физике аморфных магнетиков* (Красноярск, 1S39 г.), V Всероссийском координационном ссше,щзнии педвуеов по физике магнитных материалов (Аотрахань, 1989 г.), XIX Всеооюаной конференции по физика магнитных явлений (Ташкент, 19S1 г.), XII, XIII и XIV Всесоюзных шкслах семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Новгород, 1990 г., Астрахань, 1902 г., Москва, 1334 г.), INTERMAG-93 (Стокгольм, 1093 г.). Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введение, четырех глав, выводов и библиографического списка. Она содержи! 131 наименование литературы, изложена на 139 страницах и содержит 41 рисунок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ'РАЧОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, ©формулирована общая цель и конкретные задачи работы, указаны основные положения и результаты, выносимые на еашкту,

В первой главе проанализировали« имеющиеся литературные данные по экспериментальным и теоретическим исследованиям пленок сплавов РЗ-ПМ.

Благодаря наличию перпендикулярной анизотропии, аморфные пленки сплавов РЗ-Ш могут быть использованы для термомагннт-ной записи информации. В настоящее время уже используются Ш диски на основе пленок ШТЬРе, ТЬГеСо, (ШЬСо, С другой оторо-ны , оптимальный регистрирущий материал еще не найден. В области научных исследований среды для МО записи необходимо решать ряд проблем: разработка материала с большим, чем у имеющихся материалов, МО эффектом; повышение стабильности записи; разработка среды для МО носителя повышенного быстродействия и т.д. Одним из путей решения этих проблем является использова- ■ ние многокомпонентных сплавов. Например, введение в бинарный сплав тяжелых РЗМ позволяет повысить коэрцитивную силу в рабочем интервале температур до необходимого значения, а введение легких РЗМ несколько улучшает магнитооптические характеристики за счет увеличения магнитного, момента переходных металлов.

Проведен анализ результатов экспериментальных и теорем- • ческих исследований процессов перемагничивания двухслойных пленок сплавав РЗ-ПМ. Установлено; что двухслойные пленки могут иметь аномальные магнитооптические петли: инверсные, смещенные, сложные инверсные. Аномалии гистереэисных свойств связанны с наличием аятиферрЬмагнитного обменного взаимодействия между слоями. В свою очередь, тип взаимодействия определяется магнитными параметрами слоев.

Анализ результатов применения различных моделей к двухслойным аморфным плёнкам сплавов РЗ-ПМ о перпендикулярной анизотропией в слоях показывает, что в случае плёнок с ярко выраженной границей медду слоями и прямоугольными петлями гистерезиса успешно работают простые модели однородно намагниченных взаимодействующих слоев. С их помоги удается качественно

описать практически вое многообразие наблюдаемых петель гисте-раакса, Ео.-ее того, они дают реальные вначения поля разрушения состояния с суммарной намагниченностью слоев, ориентированной параллельно внешнему магнитному полю.

Нельзя сказать, что двухслойные обменносвязанные' пленки сплавов РВ'Ш изучены достаточно всесторонне, Практически отсутствуют данные о поверхности раздела слоев, слабо изучена возможность изменения величины энергии связи между ¡слоями. Требуют также дальнейшего развития методы анализа процессоа церемагничиванид многослойных пленок, которые давали бы возможность предсказывать поля перемагничивания двухслойных магнитных систем. В соответствии с этим в конце главы сформулированы еада"я диссертационной работы.

Во второй главе описана технологии получения двухслойных образцов с одновременным получением однослойных аналогов кад-дого слоя, Исследуемые пленки сплавов РЗМ о кобальтом наносились катодно-плазменным распылением мозаичной мишени в атмосфера аргона методом последовательного осаедения однородных по составу слоев. Предварительный вакуум в камере осаждения -10~б Topp, давление по аргону - 10"3Торр, скорость осааденкя

- 100 Д/мик., толяушз слоев задавалась временем осаждения магнитного стоя и проверялась интерфэреционным методом, Распределение элементов сплава r.j толщине изучалось методом ОЗЕ-спект-роскапии. Из этих измерений видно, что толщина поверхностного слоя составляет около 100 А, пряподложечного - 5QA, прослойки

- от БО до 100 Á. Ыагнитоактивный состав каждого слоя определялся из литературных данных по величине температуры магнитной компенсации, намагниченность (Мз) - из зависимостей Ms от соо-saaa,

В работе, изучались двухслойные пленки составов Gdio-si ооа1-70^22-гзсо7а-77 и (gd4stb45ptio)20-2lcoao-70/

(ed4sTb4sPrio)22-23Co78-77. при атоы составы .слоев отличались по оодержайию редкоземельных элементов на 0,5 - 2 ат.Х. Выбор рвдавоз Gd-Co для исследований объясняется кодлинеарной магнитной структурой, в отличии от большинства других сплавов Р9*1Ш, сплавы Gd-Tb-Pr-Co исшедовшшсь о целью выяснения соз-шккости их примененной качества среды для Ш диска.

Для исследования ёлияния условий формирования прослойки и

концентрации кислорода в ней. на гйотереэисные свойства пленок применялись, кроме основной, еще две методики:

- извлечение образца из камеры осаждения после. получения первого.слоя и последующее нанесение второго слоя через 1-3 суток;

- развакуумирование камеры на 1 - 5 секунд пооле нанесения первого слоя.

Измерение магнитооптических петель гистерезиса и наблюдение доменной структуры производились при помощи полярного эффекта Керра на установке, собранной на базе микроскопа МБИ-бс электромагнитом, создающим поле до 9 кЭ. Угол поворота плоскости поляризации при отражении от образца (эффект Керра) определялся на оригинальной магнитооптической установке в полях до 12 кЭ.

Третья глава содержит' результаты исследования влияния взаимодействия между слоями двухслойных пленок гадолиний-кобальт на их гистерезисные свойства.

Сплавы исследуемого состава имеют точку компенсации Тк. Поэтому при изменении температуры пленки ее слои могут быть связаны как ферромагнитно, так и антиферромагнитно. Можно вы- . делить четыре температурных области с разными типами обменного взаимодействи между слоями:

I - температура пленки ниже TKi и Тк2, коэрцитивная сила первого слоя Hei больше коэрцитивной силы второго слоя Нсг-

II - температура пленки выше температуры компенсации первого слоя, но ниже температуры компенсации второго слоя, Hoi по прежнему больше Нсг-

III - состояние пленки отличается от магнитного состояния во второй температурной ¡области тем, что здесь коэрцитивная сила Hei меньше Нсг;

IV - температура пленки выше температур компенсации слоев Tki и Ткг, Hei меньше Нсо.

Для изучения влияния обменной связи ферромагнитного и антиферромагнитного типа на гистерезисные свойства пленок рассматривались петли гистерезиса эффекта Керра, полученные с каждого слоя обменносвяэанной пленки, в четырех температурных областях, рис.1.

Пв

IV

1 1» г- 1

1

£3£Т

НЫЭ)

Рио. 1 Петли гистерезиса, полученные для двухслойной обменнос-вяаанной пленки ШгоСоео/^гг^а- Ок1, <?,(Н) - петли гистерезиса угла керровскогр вращения, полученной для первого и второго слоев. ! ■

а

К 6.

£

V

В*,отя

1-Я

*р

Н, кЭ

Рио.2 Петли гистерезиса полярного сффекта Керра, полученные для двухслойной' обменноовязан-ной пленки сплава Бс^оСоао/йЗгг С07.0. "а" - петля гистерезиса, подученная для первого слоя, "б" - для второго, ."в" - смещенная петля гистерезиса, полученная для второго слоя при изменении внешнего магнитного поля в интервале от + 8 кЭ до -1,5 кЭ, "г" - смещенная петля гистерезиса, полученная для второго слоя при изменении шедшего магнитного поля в интервале от - 8 кЭ до + 1,5 кЭ,

"д" - области .устойчивости

. » * г 1 состоянии | для данной пленки.

В первой температурной области петли гиотеревиса Ок(Н) не имеют аномалий. И первый, и второй 'слои имеют обычные петли гиотеревиса. В этой случае между слоями реализуется обменная связь ферромагнитного типа. . В области II на первом слое, а в области III на втором слое наблюдаются инверсные петли гистерезиса Ок(Н), т.е. перемагничиваание происходит раньше, чем внешнее магнитное поле уменьшается до нуля.

В четвертой температурной области магнитооптические петли гистерезиса не имеют аномалий. Различие в гистерезисных свойствах пленки в температурных областях I и IV заключается в изменении знака петли как первого, так и второго слоев.

'Независимо от типа взаимодействия между слоями и температурной области форма петель гистерезиса двухслойных обменнос-вязанных пленок сплавов Gd - Со близка к прямоугольной. Процесс перемагничивания происходит через состояния с параллельной или ангипаралледьной ориентацией намагниченности насыщения в слоях. После переориентации слои находятся в однодоменном состоянии, что подтверждается при наблюдении доменной структуры.

Полную анергию пленки с перпендикулярной анизотропией в слоях можно записать как сушу анергий каждого слоя И энергии межслойного Взаимодействия:

Иполн. « dJlAi cosZer djMjHcosQy- ^^ focas2er

- d^HcosQ,- S^M^cosCG,- ßj) (1)

где di,2 " толщины слоев, Д^ = Ifliuj -4Л - перенормированные константы анизотропии, S константа межслойного обменного взаимодействия, t0- величина порядка радиуса действия обменного взаимодействия,/1 - намагниченности насыщения слоев, Н -внешнее магнитное поле, углы Gi, 2 определяют ориентацию намагниченности насыщения в слоях.

Исходя из вида экспериментальных петель гистерезиса двухслойных пленок сплавов Gd-Co, можно сделать вывод, что не-колинеарные состояния (Q/ =const) или состояния с неоднородным распределением намагниченности по толщине реализуются 'в небольшим диапазоне полей после потери устойчивости одного из

юшшнеарных состояний.

При расчетах учитывались лишь состояния с параллельной или антипараллельной ориентацией суммарной намагниченности в слоях;

1. 8, = О, В2 = 0 - М^ и направлены вдоль оси 1,' состояние , устойчиво в интервале Н > Но;.

2. »0, 0_г и 1Г - М_[ направлен вдоль 1, М_> - в противо- ' пололшую сторону, состояние ] , устойчиво в интервале Нсд> Н > Нс3.

3. 0, » II, С, = О - и2 направлен вдоль 1, М^ - в противоположную сторону, состояние ^ , устойчиво в интервале -Нс^> Н > -Но^.

4. В1 П, 0г =П - М¿и М^ направлены против оси 2, состояние | , устойчиво в интервале -Нс^> Н.

Верхняя стрелка показывает направление вектора суммарной намагниченности первого слоя, нижняя - второго. >

Минимизация (1) позвол>;ла получить области устойчшости указанных коллинеарных состояний и рассчитать поля устойчивости этих состояний при- известных магнитных параметрах и талонах исследуемой системы. Величины этих же полей устойчивости-реального объекта могут быть получены из анализа экспериментальных ги'-.терезисных кривых с учетом того, что поляризованный овет взаимодействует не с Мэ, а с по,"решеткой кобальта, рис.2.

В четвертой глазе приведены результаты исследования влияния условий формирования поверхности раздела слоев в двухслойных пленках сплавов кобальта с РЗМ на гистерезисные свойства.

Рассмотрены гистерезисные свойства пленок трех типов:

Пленки типа А - пленки, полученные по технологии, принятой нами за основную. После нанесения первого слоя требуемой толщины с заданными технологическими, параметрами подлежа с пленкой выносилась из активной'зоны распыления. После этого аадазалгеь новые технологические параметры, подложка с нанесенным ранее слоем вносилась в активную зону распыления и осаждался второй слой. Во время выдержки пленки вне активной воны распыления изменяются условия роста пленки и образуется прослойка.

Технология позволяет -получать двухслойные пленки с однородными по составу и магнитным свойствам слоями и четко выра-

(А)-

Т'-

щ

I

I 1

/лЗ

(с) (

, 0 со.

1 Сд г^——-—— 1

время распыления (мин)

Рис.З Петли гистерезиса полярного эффекта Керра, полученные с первого (В) и второго (А) слоев пленки типа А сплава (МюСоа!/ СЙгоСоео; "С" - ОНЕ-глубинный профиль этой же пленки, полученный при скорости травления пленки 8В А/мин. толщина первого и второго слоев пленки 800 А.

Рис.4. Фрагменты дифрактогремм пленки сплава (&145ТЬ45Ргю)со СО80/(0^45ТЬ42РГю)22СО7а О толщиной каждого слоя 500А, полученные при раэнш углах скольжения: "а" - при угла 0,25°, "Ь" - 0,3°, "с" - 0,4°, "с}" - 0,45°, "е" - 0,5°.

денной границей между ними. В главе 3 описаны гистерезисные свойства обменносвязанных пленок типа А и показано прослойка между слоями практически не оказывает влияния на процесс пере-магничивания пленки. В то же время, при некоторых условиях получения границы раздела слоев в пленках типа А, прослойка между слоями существенно влияет на гистереэисные свойства двухслойных пленок.

На рис.3 приведены петли гистерезиса полярного эффекта Керра и ОЖЕ спектрограмма двухслойной пленки Gd-Co.

Из ШЕ - спектрограммы пленки Gd-Co.видно, что на поверхности раздела слоев концентрация кобальта значительно ..(на треть) понижается; незначительно повышается содержание гадолиния и в несколько раа повымается содержание кислорода. Поведение концентрационных кривых каждого элемента в прослойке аналогично поведению этих же кривых в поверхностном слое, но по величине изменение содержания всех элементов в поверхностном слое больше. Т.е. СКЕ анализ показывает наличие двух окисленных областей: на свободной поверхности пленки и на межслойной границе.

Рентгенодифрактометрические исследования приповерхностных слоев в параллельных с.аольвящих лучах, рис.4, подтвердили наличие двух дисперсных кристаллических слоев в объеме пленки, представляющих собой окислы редкой вещи. Первая была обнаружена при угле скольжения <4. ск ~ 0,25°, рис.4.а, соответствую-

U

щих глубине проникновения рентгеновских лучей менее 200 А. И, следовательно, полученная дифракционная картина отражает структуру поверхностного слоя пленки. Увеличение угла скольжения, рис.4.Ь-с, приводит к размытию дифракционных пиков и образованию диффузного галло в области углов дифракции 20 -30°-40°. Дальнейшее увеличение угла скольжения до Хек ~ 0,45° (глубина проникновения рентгеновских лучей составляет ~600А), рис.4.d, приводит к появлению на дифрактограмме рефлексов, принадлежащие РЗ2О3. Это второй окисленный слой в объеме пленки - межслойная граница. Для всех остальных значений J.CK наблюдалось лишь диффузное галло, рис.4.е.

Из петель гистерезиса на рисунке 3 видно, что характер перемагничивания первого и Еторого слоев разный. Второй слой имеет прямоугольную петлю гистерезиса. Для первого слоя петля

гистерезиса на раскрывается, при этом однослойный аналог пер-• вого слоя имеет прямоугольные петли гистерезиса, полученные с" обеих поверхностей. Такие петли наблюдаются либо в случав пе-ремагничивания однородным вращением вдоль трудной оси, либо при существовании многодомеиного состояния. При наблюдении о помощью магнитооптического эффекта Керра и с помощью порошкового метода не обнаружено наличия доменной структуры.

Аналогичные результаты получены и для пленок сплавов 6с1-ТЬ-Рг-Со. • Для серии пленок образцы отличались друг от друга только временем выдержки вне активной зоны в процессе осаждения, время варьировалось от 5 до 40 мин. Петли гистерезиса второго слоя оставались прямоугольными для всех образцов, тогда как на первом слое при увеличением времени выдержки появляются безгистерезисные петли.

Сопоставляя результаты изучения структурного состояния пленки, распределения компонентов- сплава по толщине и магнитооптические исследования можно сделать вывод, что причиной появления на первом слое пленок безгисТерезиской магнитооптической петли является межслойная граница.

По сути мы имеем слоистую систему с плавно изменяющимися по толщине магнитными параметрами. Как известно, а таких системах образуется неоднородное распределение намагниченности по толщине пленки. При анализе гисгерезисных свойств можно говорить о эффекивной обменной анизотропии типа легкая плоскость.

Пленки типа Б - после нанесения первого слои в камеру осаждения напускался на несколько (1-5) секунд атмосферный воздух. После этого осаждался второй слой также 1.ри аналогичных параметрах распыления, ва исключением напряжения смещения. Во время кратковременного развакуумирования камеры после осаждения первого олоя давление кислорода увеличилось ао много раз, следовательно, происходит абсорбция кислорода в поверхность пленки. С другой стороны, время развакуумирования недостаточно для взаимодействия всего абсорбированного кислорода о атомам РЗМ. Таким образом, после осамдения второго слоя мы имеем образец со свободным кислородом на границе слоев и формирование прослойки окислов происходит внутри пленки о небольшой скоростью окисления. На рис.5.а приведена экспериментально полученная зависимость критических полей потери устойчивости

Не*- -Нс./кг

* (СП>

Ни -На . ,-тЫи

■н ■«■« -4 -г о : * б ! ю и низ)

Ъ,

./г -ю г -6 -V г о г ч б & ш /г н(>.3)

Рис.Критические поля ±Нс1, ±Нсг, +Нс;>, а - полученные из петель гистерезиса пленки типа Б сплава И20|-О80/,СЙ22Со78В зависимости от времени после осаждения пленки, б - расчитанные в ! эасимости от константы мелслойного обменного взаимодействия.

коллинеарных состояний от времени окисления. Для выяснения причины изменения гистерезисрых свойств можно допустить два варианта:

1 - если скорость диффузии велика, можно ожидать, что кислород успеет распространиться по всему объему двухслойной пленки, равномерно окисляя слои и меняя их магнитопктивный состав. Поскольку количество кислорода невелико, то изменение магнитоактивного состава тоже мало. Оно будет происходить, в основном, за счет селективного окисления гадолиния. В рассматриваемом случае изменение характера перемагничивания двухслойной пленки с течением времени будет определяться изменением магнитных параметров слоев, главным образом, намагниченности насыщения. Ожидать заметного изменения константы межслойного взаимодействия на следует, так как окислы гадолиния распределены по всему объему пленки, а не сосредоточены на межслойной границе.

2 - в случае малой скорости диффузии кислорода внутри слоев пленки будет окислена лишь небольшая область на поверхности контакта слоев, тогда как магнитные свойства основного объема останутся неизменными. При таком процессе следует ожидать сильного изменения эффективной константы межслойного обменного взаимодействия.

Для моделирования первого варианта была проведена серия расчетов критических полей, в которой изменялись только намагниченности насыщения слоев при неизменной константе обменного взаимодействия между слоями. Для моделирования варианта 2 о расчетах изменялась только эффективная константа межслойного обменного взаимодействия при неизменных магнитных характеристиках слоев, рис.5.0.

Проведенные расчеты показывают, что наиболее вероятной причиной изменения характера перемагничивания пленок типа В о течением времени является образование прослойки окислов, локализованной в области контакта слоев. На основании качественной корреляции экспериментальной и рассчетной зависимостей на ряс.5 можно говорить, что з процессе формирования прослойки окислов обменная связь между сдоями усиливается.

Пленки типа В - После осаждения первого слоя камера раз-вакуумировалась, обрааец извлекался ив камеры распыления и вы-

держивался при атмосферном давлении в течении 1-3 суток. После этого образец опять помещался в камеру распыления и осаждался второй сдой при тех же технологических параметрах, что и первый, за исключением напряжения смещения на подложке. Прослойка, полученная таким образом, по составу и свойствам сходна с поверхностным слоем пленки.

В любой из четырех температурных областей пленка имеет петли гистерезиса прямоугольной формы, основное состояние каждого слоя - однодоменное, слой перемагничивается однородно по толщине. Магнитооптические петли гистерезиса первого и второго слоев не имеют аномалий как для I и IV температурных областей, где должно реализовываться ферромагнитное взаимодействие, так и для II и III температурных областей, где взаимодействие между сдоями должно быть антиферромагнитиым. Это свидетельствует о ревком ослаблении обменного взаимодействия между слоями у пленок типа В, что связано с наличием окисной прослойки и её свойствами, образующейся на свободной поверхности первого (нижнего) слоя двухслойной пленки при выдержке в атмосфере с высоким содержанием кислорода. При этом происходит диффузия кислорода в свободную поверхность пленки. Практически все атомы редкой земли в приповерхностном слое пленки толщиной несколько десятков ангстрем окисляются. Кобальт замещается гадолинием из более глубоких областей, что приводит к их обогащению кобальтом. Дальнейшее проникновение кислорода в объем пленки может осуществляться только по узким промежуткам между окислами. В результате окисление более глубоких областей хотя и происходит, но в условиях малого 'содержания кислорода. В этой области относительный объем окисленной фазы будет значительно меньше, окислы гадолиния находятся в основной матрице, обогащенной кобальтом, что подтверждается исследованием распределения компонентов сплава по толщине методом ОЖЕ спектрос-> копии.

Таким образом, слои пленок типа В разделены прослойкой, которая сама по себе неоднородна по толщине. Поверхность прослойки, соприкасающаяся со вторым слоем состоит, в основном, из немагнитных окислов, что приводит к разрыву прямого обменного взаимодействия между слоями пленки.

Для практического применения тонких пленок сплавов РЗ-ПМ

а качестве запоминающих сред для реверсивной МО записи термо, магнитным способом на спаде коэрцитивной силы вблизи точки компенсации важен вид петли гистерезиса первого слоя. Для по-" лучения стабильной записи информации петля гистерезиса должна быть прямоугольной с коэрцитивной силой не менее 0,6 кЭ. С учетом этого изучались гистереэисные свойства двухслойных пленок сплавов (Ос145ТЬ45РГ1о)20-21Соео-79''(^45ТЬ45РГ1о)22-23 С078-77. предложенных в качестве рабочего слоя МО диска. Исследовались пленки с ферромагнитным и антиферромагнитным типами взаимодействия при систематическом варьировании толщины слоев.

Сделаны предложения по регулированию гистереэисных характеристик двухслойных обменносвязанных пленок сплавов кобальта с РЗМ, использующихся в качестве рабочего слоя реверсивного магнитооптического диска. В частности:

- Показана возможность варьирования поля перемагничиванна в пленках сплавов (&^45ТЬ45Ргю)20-2эСо80-77 с антиферромагнитным взаимодействием между слоями, осуществляемая путем последовательного химического стравливания верхнего слоя.

- Установлено, что оптимальной для ТМЗ толщиной каждого слоя является толщина 400-Б00 X;

- Выявлено, что время между нанесениями слоев не должно превышать пяти минут.

- Обнаружено, что стабильность пленок сплавов (ЗсЬСа при хранении в нормальных условиях выше у пленок о общей толщиной . не более 1000 А.

В 'I В О Д Ы

1, Изучение гистереэисных свойств пленок с составом первого слоя <Зс119-2оСоа1-80, второго - Ш21-23 со70-77 и однородными по толщине слоями магнитных свойств по толщине образца подтверждает полученный другими наблюдателями вывод, что аномалии гистереэисных свойств однослойных пленок сплавов РЗМ-ПМ обусловлены неоднородным по толщине распределением компонентов сплава. Анализ экспериментальных гнстерезнсных кривых в рамках модели двухслойной пленки с однородно намагниченными слоями указывав- на соответствие процесса перемагничивания реальных образцов одномерным представлениям.

2. Впервые исследовано влияние условий формирования прослойки в двухслойных пленках сплавов PQM с кобальтом на их гис-терезисные свойства. Показана возможность контролируемого изменения обменной связи мелду слоями путем изменения давления и времени формирования прослойки при последовательном осаждении слоев.

3. Научены свойства прослойки, сформированной в условиях вакуума камеры осаждения (10~э Topp по аргону), и ее влияние на гистерезисные свойства пленок. Установлено, что прослойка представляет собой дисперсные немагнитные кристаллические окислы редкой земли распределенные в аморфной магнитной матрице, обогащенной кобальтом. При этом прослойка неоднородна по толдине: концентрация окислов увеличивается у границы контакта прослойки со вторым слоем. Процесс перемагничивания пленок с прослойкой такого типа зависит от времени ее формирования: при длительном формировании прослойки обменная связь между прослойкой и первым слоем приводит к появлению в нем эффективной обменной анизотропии типа "легкая плоскость".

4. Исследовано изменение гистерезисных свойств в процессе роста прослойки внутри пленки за счет диффузионного перераспределения атомов кислорода в межслойной.области. На основании сравнения результатов эксперимента с расчетами показано, что изменение вида петель гистерезиса обусловлено не столько изменением магнитоактивного состава слоев, сколько изменением величины обменного взаимодействия между слоями. Показано, что в процессе роста прослойки связь между слоями усиливается.

5. В случае формирования прослойки при атмосферном давлении слои пленки перемагничиваются независимо друг от друга. При этом обменное взаимодействие между слоями ослаблено за счет наличия в прослойке сплошного слоя окислов редкой эемли толщиной ~ 50 А.

По теме диссертации опубликованы следующее работы: 1. Гафнер А.Е., Дворкина-Самарская A.A., Сухомлин В.Т., Двор-кин-Самарскш М.В., Татаринова А.Я. Влияние обменной связи ка процессы перемагничивания в аморфных пленках гадолиний-кобальт - Физика магнитных материалов: Межвуз. сб. -тр.-Иркутск, 1S90, с. 133-138.

2. Гафнер А.Е., Дворкина-Самарская A.A., Сухомлин В.Т. аффект Керра в аморфных пленках гадолиний-кобальт в области температуры магнитной компенсации. - Всесоюзный симпоаиум по физике аморфных магнетиков: Тез. докл.- Красноярск, 1989. -С.123. V

3. Гафнер А.Е., ''Дворкина-Самарская A.A., Смелов В.М., Двор-кин-Самарский.Х<.В., Сухомлин В.Т., Татаринова А.Я. Гисте-резисные свойства двухслойных обменносвязанных аморфных пленок сплава гадолиний-кобальт.-XII Всесоюзная школа-семинар "Новые магнитные материалы электроники": Tea. докл.-Новгород, 1990, -С.44-45.

4. Татаринова А.Я., Гафнер А.Е., Дворкина-Самарская A.A., Смелов B.C., Сухомлин В.Т. Роль обменной связи в процессах перемагничивания двухслойных аморфных пленок гадолиинй-ко-бальт. - XII Всесоюзная школа-семинар "Новые магнитные материалы микроэлектроники": Тез. докл. -.Новгород, 1990, -С.-42-43.

5. ДасркинагСамарскгя A.A., Гафнер а.е., Сухомлин В.Т. Влияем тшщикы слоев на глстерезисные свойства обменносвязан-

■ кнх пленок сплава PSf.(,-3d металл. -XIX Всесоюзная конференция по физике магнитных явлений: Тез. док.7. -Ташкент, 1S91.-4.2.-C.95. ' ■

6. Дворкина-Самарская A.A., Сухомлин S.Т., Дворкнн-Самарский У. В. Смещенные петля гистерезиса в двухслойных пленках Ш-Со, - ВС по физике магнитных явлений: тез.докл.-Астрахань ,"1993.-С. 19

7. Дворкина-Самзрская A.A., ■Суксашя В.Т., Гафнер А.Е. Гг.о-терезисиые свойства «загослойнья обданвосвя«,анкых пленок сплава РЭМ-ПМ,- ХШ Ёсесоиакыя паазапое&хззр "¡Новые магнитные материалы мафоэаеятроаща!": Тез. дсйея. -Астралань, 1992. -4.1. -С. 60-09.

8. Яворкина-Самарсказ А.А., Сухотин В.Т., Кфсйзясга B.J3., Гафнер А.£. .йалрсиваремеезга ста&злзжпсть даукслсйаш: S4Cpj-вш пленок тляятая qd a К2М дхя термомагхштдон -взлез. - В ей."".'Нивика ¡магнитных материалов".- Иркутск.- iS33.-0.46-52.

9. Dvorijina-Sanarskaya А., SuchnmlinV., Dvorkin-Samaraky М. Asymmetry of hysteresis properties of the layers in double

layered exchange coupled magnetic films. -Digests INTERMAG'93. -Stockholm, Sweden, -1993. -AS-02