Сканирующая зондовая микроскопия поверхностной шероховатости и магнитных наноструктур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

На правах рукописи

Грибков Борис Александрович

СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ И МАГНИТНЫХ НАНОСТРУКТУР

01.04.01 — приборы и методы экспериментальной физики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2006

Работа выполнена в Институте физики микроструктур РАН (Н. Новгород)

Научные руководители: член - корреспондент РАН,

доктор физико-математических наук, Салащенко Н. Н,

кандидат физико-математических наук, Миронов В. Л.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

Бухараев А. А.

кандидат физико-математических наук Дроздов М. Н.

Ведущая организация: Нижегородский государственный

университет им. Н.И.Лобачевского, Физический Факультет, Научно-образовательный центр "Физика твердотельных наноструктур" ННГУ.

Защита состоится « \6 » ноября 2006 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 002.098.01 в Институте физики микроструктур РАН 603950, Нижний Новгород, ГСП - 105.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики микроструктур РАН.

Автореферат разослан «16» октября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор

Гайкович К.П.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

За последние двадцать лет сформировалось новое направление в исследовании свойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением - сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ) [I -3]. Применение различных зондовых микроскопов, таких, как сканирующий туннельный (СТМ), атомно-силовой (АСМ), магнитно-силовой (МСМ), позволяет получать уникальную информацию о свойствах поверхности. Данная диссертационная работа посвящена развитию СЗМ методик и их применению для исследования особенностей микрорельефа сверхгладких поверхностей с различными типами микрошероховатостей и для исследования наномасштабных свойств различных магнитных наноструктур на основе ферромагнитных материалов.

Первая часть работы посвящена исследованиям шероховатости рельефа поверхности подложек, применяемых для изготовления многослойных зеркал рентгеновского диапазона длин волн [4,5]. Традиционно для исследования наномасштабных неровностей рельефа поверхности применяются методы атомно-силовой микроскопии и рентгеновской рефлектометрии (РР). В силу различной природы взаимодействия АСМ зонда и рентгеновского излучения с исследуемым образцом эти методы дают различную информацию о микрошероховатостях поверхности. Поэтому существует ряд метрологических проблем, связанных со сравнением результатов измерений, получаемых АСМ и РР методами, и их адекватной интерпретации. Часть диссертационной работы посвящена сравнению возможностей АСМ и РР методик по исследованию микрорельефа поверхностей с различным типом неровностей.

Шероховатость поверхности исходной подложки является одним из основных факторов, влияющих на качество интерфейсов многослойных зеркал рентгеновского диапазона длин волн, и, в конечном итоге, на их отражательные характеристики. Особенно важно использование высококачественных подложек с предельно низким значением шероховатости при создании короткопериодных зеркал жесткого рентгеновского диапазона, так как с уменьшением периода отражающих слоев влияние шероховатости на характеристики изготавливаемого зеркала существенно увеличивается. С другой стороны, требования к качеству зеркал существенно возрастают при создании рентгенооптических установок, содержащих несколько отражательных элементов. Величина потерь интенсивности пучка в таких системах зависит от количества зеркал и от отражательных характеристик каждого из них, что также накладывает крайне жесткие требования на шероховатость поверхности подложек и шероховатость интерфейсов каждого из зеркал, входящих в систему. Достаточно большая часть данной работы посвящена проблеме АСМ контроля шероховатости сверхгладких плоских и асферических подложек, изготавливаемых методами глубокой полировки.

Вторая часть диссертационной работы посвящена МСМ исследованиям магнитных состояний в субмикронных ферромагнитных частицах. Массивы ферромагнитных наночастиц вызывают в настоящее время повышенный интерес, обусловленный, прежде всего, возможностью их применения в качестве источников неоднородного магнитного поля, датчиков слабых магнитных полей, а также в качестве среды для записи информации с высокой плотностью [6]. Особый интерес вызывают многослойные частицы, состоящие из нескольких ферромагнитных слоев разделенных немагнитными прослойками. Так, на базе двухслойных ферромагнитных наночастиц, разрабатываются спинвентильные приборы и структуры для записи информации [7]. С фундаментальной точки зрения интерес к многослойным ферромагнитным частицам обусловлен возможностью создания искусственных неколлинеарных состояний намагниченности. Структуры такого типа представляют несомненный интерес для изучения спинзависимых эффектов при исследовании электронного транспорта во внешних магнитных полях.

Массивы ферромагнитных наночастиц используются в качестве источников неоднородного магнитного поля, применяемых для управления свойствами чувствительных к магнитному полю объектов [6]. При этом, изменение состояний намагниченности отдельных частиц в массиве, позволяет управлять величиной и структурой индуцированного такими источниками магнитного поля, на субмикронных масштабах. С этой точки зрения, проведенные в диссертационной работе исследования возможностей изменения магнитного состояния в наночастицах с помощью зонда магнитно-силового микроскопа являются новыми и актуальными.

Основные цели работы состояли в следующем:

1. Исследование возможности изготовления сверхгладких (со среднеквадратичной шероховатостью ~ 0,2 — 0,3 нм) подложек плоской и асферической формы, пригодных для изготовления высококачественных многослойных зеркал рентгеновского диапазона длин волн.

2. Исследование индуцированных магнитным полем зонда МСМ эффектов перемагничивания ферромагнитных частиц субмикронного размера.

3. МСМ исследования магнитных состояний в двухслойных (Со/Э^Со) ферромагнитных субмикронных частицах. Исследование возможности управления состоянием намагниченности в таких двухслойных частицах МСМ зондом.

4. МСМ исследования состояний намагниченности трехслойных (Со / / Со / / Со) ферромагнитных дисков субмикронного размера. В частности, исследование возможности реализации неколлинеарных распределений намагниченности в таких частицах.

Научная новизна работы

1. Впервые методом репликации сверхгладких эталонных пластин при помощи тонких слоев полимерных материалов изготовлены сверхгладкие подложки для зеркал рентгеновского диапазона длин волн. Методом АСМ показано хорошее совпадение параметра среднеквадратичной шероховатости эталонных пластин и изготовленных комбинированных подложек полимер-стекло.

2. Исследованы индуцированные магнитным полем зонда МСМ эффекты перемагничивания в субмикронных эллиптических ферромагнитных частицах, обладающих двумя метастабильными состояниями. Обнаружены индуцированные зондом МСМ обратимые переходы между однородным и одновихревым состоянием намагниченности. Впервые показана возможность управления направлением завихренности магнитного вихря в процессе перехода из однородного в вихревое состояние.

3. Исследованы состояния намагниченности в двухслойных ферромагнитных частицах субмикронного размера. В таких объектах впервые наблюдались индуцированные зондом МСМ переходы между ферромагнитной (вектора магнитных моментов в соседних ферромагнитных слоях сонаправлены) и антиферромагнитной (вектора магнитных моментов в соседних ферромагнитных слоях направлены в противоположные стороны) конфигурациями намагниченности в ферромагнитных слоях.

4. Проведены МСМ исследования субмикронных трехслойных ферромагнитных частиц в виде круглых дисков, представляющих собой три слоя ферромагнитного материала, разделенные немагнитными прослойками. Впервые экспериментально наблюдались неколлинеарные распределения намагниченности в таких многослойных объектах.

Практическая значимость работы

1. Совместно с НПО "Композит" (г. Москва) отработана технология глубокой полировки кварцевых подложек различной геометрии для изготовления рентгеновских зеркал. Данная технология позволяет получать высококачественные подложки с шероховатостью поверхности на уровне 0,2-0,3 нм.

2. Предложен и реализован метод репликации поверхностных структур при помощи тонких слоев полимерных материалов с разрешением до 30 нм. С помощью данного метода изготовлены высококачественные комбинированные подложки полимер-стекло, пригодные для создания многослойных зеркал рентгеновского диапазона длин волн.

3. Разработаны процедуры сканирования зондом МСМ, позволяющие эффективно управлять состояниями намагниченности в эллиптических ферромагнитных субмикронных частицах. Упорядоченные массивы таких ферромагнитных частиц использовались в ИФМ РАН в качестве

управляемых источников неоднородного магнитного поля, влияющих на транспортные свойства джозефсоновских контактов.

4. Показана возможность осуществления индуцированных МСМ зондом переходов между ферромагнитной и антиферромагнитной конфигурациями магнитных моментов в двухслойных (ферромагнетик / немагнитная прослойка / ферромагнетик) субмикронных частицах при помощи МСМ зонда. Исследования переходов между магнитными состояниями в таких объектах актуальны с точки зрения разработки и создания приборов спинтроники и сред для записи информации.

Основные положения выносимые на защиту

1. Проведенная совместно с НПО "Композит" оптимизация технологии глубокой полировки позволила изготовить сверхгладкие кварцевые подложки с шероховатостью на уровне 0,2-0,3 им, пригодные для создания высококачественных рентгеновских зеркал.

2. Метод репликация сверхгладких эталонных поверхностей с помощью тонких слоев полимерных материалов позволяет изготавливать подложки с шероховатостью на уровне 0,3 нм, пригодные для создания зеркал рентгеновского диапазона длин волн.

3. Под действием поля зонда МСМ в эллиптических ферромагнитных частицах с высоким аспектным соотношением латеральных размеров происходят переходы между однородными состояниями с противоположно направленным магнитным моментом, а в частицах с малым аспектным соотношением переходы между состояниями с однородной намагниченностью и одновихревым состоянием.

4. Экспериментально осуществлено изменение знака завихренности магнитного вихря в субмикронной ферромагнитной частице под действием поля зонда МСМ посредством двухстадийного процесса, сопровождающегося переходом из вихревого в однородное состояние, а затем вновь в вихревое с заданным направлением завихренности.

5. Под действием поля зонда МСМ осуществлены контролируемые переходы между ферромагнитно- и антиферромагнитно - упорядоченными конфигурациями магнитных моментов в субмикронных двухслойных ферромагнитных частицах эллиптической формы.

6. В субмикронных трехслойных ферромагнитных дисках с сильным магнитостатическим взаимодействием между слоями реализуются неколлинеарные распределения намагниченности.

Личный вклад автора в получение результатов

Равнозначный в сравнительные исследования шероховатостей подложек методами АСМ и РР (совместно с ВЛ.Мироновым и А.А.Фраермаиом) [Al, A3, А4, А12, А13, А15].

Равнозначный в исследование возможности наномасштабной репликации поверхности при помощи тонких слоев полимерных материалов (совместно с В.Л.Мироновым и Д.Г.Волгуновым) [А2, А14, А16, А17].

Основной в АСМ исследования шероховатости поверхности высокополированных подложек плоской и асферической формы, предназначенных для изготовления многослойных рентгеновских зеркал (совместно с Н.Н.Салащенко) [А23].

Определяющий в исследование индуцированного магнитным полем МСМ зонда перемагничиваиия субмикронных частиц Fe-Cr с однородной намагниченностью (совместно с В. Л.Миро новым) [А7, А11, А18, А21, А24],

Основной в МСМ исследования возможности управления знаком завихренности одновихревого состояния в субмикронных частицах Со (совместно с ВЛ.Мироновым) [А5, А7, А19, А20, А24, А25].

Основной в МСМ исследования состояний намагниченности двухслойных и трехслойных субмикронных ферромагнитных частиц (совместно с Д.С. Никиту шкикым, А.А.Фраерманом, В.Л.Мироновым) [А27, А28].

Апробация работы

Результаты данной диссертационной работы опубликованы в в отечественных и зарубежных журналах, а также докладывались на российских и международных конференциях:

International Conference "Interaction of radiation with solids", Minsk, October 3-5, 2001; Всероссийское совещание Рентгеновская оптика - 2002 " Н.Новгород, 1821 марта 2002; International workshop "Scanning Probe microscopy - 2002", N.Novgorod, March 3-6, 2002; "XIX Российская конференция по электронной микроскопии" П.Черноголовка, 28 - 31 мая 2002; 7-th international conference on nanometer-scale science and technology and 21-st European conference on surface science NANO-7, ECOSS-21, Matmo (Sweden) 24 - 28 June 2002; International Workshop "Scanning Probe Microscopy - 2003", N.Novgorod, March 2-5, 2003; International Symposium Nanomeeting- 2003 " Minsk, May 20 -23, .2003; The International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2003", Zvenigorod, October 6-10, 2003; International Workshop "Scanning Probe Microscopy — 2004", N.Novgorod, May 2-6, 2004; Международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника — 2005", Нижний Новгород, 25-29 марта, 2005; The International Conference "Micro- and nanoelectronics - 2005" (¡CMNE-2005), Zvenigorod, Moscow region, October 3-7, 2005; Международный симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника - 2006", Нижний Новгород, 13-17 марта, 2006; Труды X международной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 12-16 июня, 2006);

Публикации по теме диссертации

Всего по результатам диссертации опубликовано 38 работ, из них 11 статей в реферируемых журналах и 27 публикаций в материалах конференций. Избранный список публикаций автора по данной теме приводится в конце автореферата [А1-А28]. Полный список работ автора приводится в тексте диссертации.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 148 страниц. В диссертации содержится 73 рисунка и 1 таблица. Список литературы включает 140 наименований.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследований, поставлены цели работы, приведена научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Приводятся основные положения, выносимые на защиту. Дана общая характеристика проведенных исследований.

Глава 1 представляет собой обзор литературы по теме диссертации. В разделе 1,1. приведен обзор работ, посвященных определению статистических характеристик поверхности образцов по данным АСМ измерений. Рассмотрены работы по исследованию среднеквадратичной шероховатости поверхности методом АСМ. Особое внимание уделяется сравнению АСМ и рентгеновских методов определения шероховатости поверхности подложек. В разделе 1.2. проанализированы работы по исследованию состояний намагниченности в однослойных и многослойных субмикронных ферромагнитных частицах методом магнитно-силовой микроскопии. Часть обзора посвящена работам по исследованию индуцированных зондом МСМ эффектов перемагничивания ферромагнитных частиц.

Глава 2 посвящена описанию методик, используемых для изготовления образцов, а также методов их исследования. В этой главе описываются используемые в ИФМ РАН методы изготовления упорядоченных массивов ферромагнитных частиц, в частности, электронная литография и интерференционная лазерная литография. Изложены основные принципы сканирующей зондовой микроскопии, в особенности, метода магнитно-силовой микроскопии. Подробно описано программное обеспечение, при помощи которого проводилось моделирование процессов индуцированного магнитным полем МСМ зонда перемагничивания субмикронных ферромагнитных частиц.

В Главе 3 приведены результаты исследований шероховатости подложек для изготовления зеркал рентгеновского диапазона длин волн. В

разделе 3.1 приведены результаты сравнительных исследований шероховатости поверхности серии подложек из кварца методами атом но-силовой микроскопии (АСМ) и рентгеновской рефлектометрии (РР). По данным АСМ измерений рассчитывалась среднеквадратичная шероховатость поверхности для каждого кадра и строились масштабные зависимости шероховатости от размера кадра. Методами РР снимались угловые зависимости коэффициента отражения от исследуемой поверхности. Влияние шероховатости поверхности на коэффициент учитывалось посредством экспоненциального фактора Дебая-Валлера.

Было обнаружено, что в случае подложек с гауссовым распределением по высотам наблюдается хорошее совпадение значений среднеквадратичной шероховатости, полученным по данным АСМ (crAFM) и РР (сгщ). В тоже время, в случае поверхностей с распределением отличным от гауссового наблюдалось расхождение между АСМ и РР значениями шероховатости. Теоретически и экспериментально было показано, что АСМ дает более адекватную информацию о шероховатостях поверхности [8]. Была развита методика расчета эффективной шероховатости поверхности и угловой зависимости коэффициента отражения рентгеновского излучения в борновском приближении непосредственно по АСМ данным без привлечения каких-либо модельных представлений о характере шероховатости исследуемой поверхности. В результате показано хорошее совпадение РР измеренной шероховатости (о^?) со значением эффективной шероховатости (<те#), рассчитанным непосредственно по данным АСМ измерений (Рис. 1,). Рассчитанные по АСМ данным угловые зависимости коэффициента отражения рентгеновского излучения также хорошо совпадают с данными РР измерений.

В разделе 3.2 приводятся результаты экспериментов по репликации поверхностных структур с помощью тонких слоев полимерных материалов. Полимерные реплики изготавливались следующим образом. На опорную поверхность стеклянной пластины с шероховатостью порядка 1 нм наносился тонкий слой жидкого преполимера. В качестве реплицирующих слоев использовались анаэробные акриловые герметики и фото полимерные композиции ("НИИ Полимеров", Дзержинск, Россия). Стеклянная пластина с нанесенным преполимером соединялась с эталонной реплицируемой поверхностью из высокополированного кремния со среднеквадратичной шероховатостью поверхности 0,3 — 0,4 нм. В результате полимеризации между поверхностью стеклянной пластины и эталонной поверхностью формировался полимерный слой толщиной порядка 5-10 мкм. Изготовленная таким образом структура разделялась по границе полимер — эталонная поверхность. Полученные реплики исследовались методом атомно-силовой микроскопии.

АСМ исследования показали, что величина шероховатости изготовленных реплик практически совпадает со значением параметра шероховатости исходных реплицируемых пластин. Для определения разрешающей способности метода репликации были проведены АСМ исследования сопряженных участков поверхности эталонного образца и

полимерной реплики. Как показали результаты АСМ исследований, поверхность полимерной реплики хорошо передает особенности рельефа поверхности эталонного образца на нанометровых масштабах. Минимальные латеральные размеры реплицируемых особенностей с учетом конечных размеров зонда (порядка 20 нм) составляют порядка 30 нм.

В ИФМ РАН методами магнетронного напыления на комбинированных подложках полимер-стекло и на эталонных высокополированных кремниевых пластинах были изготовлены тестовые многослойные Mo-Si рентгеновские зеркала на длину волны 13,5 нм. Установлено, что полуширина спектральной зависимости коэффициентов отражения и их пиковые значения в максимуме для зеркал, изготовленных на обоих типах подложек, практически совпадают.

В разделе 3.3 приводятся результаты АСМ исследований серии вы со ко полированных кварцевых подложек, предназначенных для изготовления многослойных рентгеновских зеркал. Совместно с НПО "Композит" (Москва) отработанна технология глубокой полировки плоских подложек, обеспечивающая получение поверхностей со среднеквадратичной шероховатостью в пределах 0,2 — 0,3 нм. Данная технология полировки плоских подложек была адаптирована для полировки образцов асферических подложек. В результате удалось изготовить образцы кварцевых асферических подложек со среднеквадратичной шероховатостью на уровне 0,25 нм.

В Главе 4 представлены результаты исследований процессов управляемого перемагничивания субмикронных ферромагнитных частиц при помощи зонда МСМ. В разделе 4.1 рассмотрены индуцированные магнитным полем МСМ зонда процессы перемагничивания частиц Fe-Cr с латеральными размерами 780 х280 нм. Данные частицы имели два устойчивых состояния, соответствующих однородному распределению намагниченности вдоль длинной оси частицы. При сканировании массива частиц Fe-Cr в двухпроходной МСМ методике были обнаружены особенности, связанные с изменением направления магнитного момента под действием магнитного поля МСМ зонда.

Рис. 1. Перемагничивание наночастиц Ре-Сг зондом МСМ. (Стрелками показаны частицы с измененной намагниченностью). Размер частиц 700 *280 нм, толщина 20 нм.

Было проведено микромагнитное моделирование процессов перемагничивания частиц Ре-Сг под действием неоднородного поля МСМ зонда. Показано, что перемагничивание происходит посредством сложной неоднородной перестройки распределения намагниченности внутри частицы.

Проведены эксперименты по контролируемому перемагничиванию отдельных частиц Ре-Сг зондом МСМ. Результаты локального перемагничивания частиц приведены на рисунке 1. Первоначально были перемагничены три соседние частицы (показаны стрелками на рисунке 2 (а)), Затем одна из них (центральная) была возвращена в начальное состояние.

В разделе 4.2 приведены результаты применения МСМ методик для управления направлением завихренности магнитного вихря в субмикронных эллиптических частицах Со, в которых могут реализовываться однородные и одновихревые состояния намагниченности.

При сканировании частиц (600 х400 х27 нм) в двухпроходной МСМ методике наблюдались переходы между одновихревыми и однородными состояниями намагниченности. Во время сканирования частиц вдоль длинной оси частица из одновихревого состояние намагниченности переходила в однородное и затем из однородного снова в одновихревое. В результате микромагнитного моделирования этих процессов было показано, что, используя различные траектории прохода МСМ зонда по однородно намагниченной частице, возможно получение одновихревых состояний с различным направлением завихренности.

Результаты экспериментов по управлению знаком завихренности одновихревого состояния намагниченности МСМ зондом приведены на рисунке 2. Исходное состояние центральной частицы на рис. 2 (а) соответствует правой ориентации магнитного вихря. МСМ изображение на рис. 2 (б) получено следующим образом. Вначале сканирование участка образца осуществлялось в однопроходной моде на расстоянии МСМ зонд — верхняя грань частицы порядка 50 им. Затем, когда зонд проходил над средней частицей, высоту прохода уменьшили до величины порядка 10-15 нм; при этом был зафиксирован переход между однородно намагниченным и одновихревым состоянием. При дальнейшем сканировании в области края средней частицы был зафиксирован

Рис. 2. МСМ изображения участка массива частиц Со. (а) Исходное состояние, (б) МСМ изображение тех же частиц, полученное в процессе сканировании образца с переменной высотой, (в) Конечное состояние.

переход между однородно намагниченным и одновихревым состояниями, после чего зонд вновь подняли на высоту 50 нм. Конечное состояние частиц показано на рис. 2 (в). В результате воздействия магнитного поля зонда МСМ средняя частица изменила направление завихренности магнитного вихря на противоположное.

Разработанные методики МСМ перемагничивания были успешно применены для управления транспортными свойствами гибридных систем ферромагнетик / сверхпроводник, представляющих собой джозефсоновские контакты различной геометрии с изготовленными на них ферромагнитными субмикронными частицами [9].

Глава 5 посвящена МСМ исследованиям многослойных ферромагнитных частиц, состоящих из нескольких ферромагнитных слоев, разделенных немагнитными прослойками.

В разделе 5.1 представлены результаты МСМ исследований субмикронных эллиптических частиц (400x250 нм) состоящих из двух слоев Со толщиной 15 нм, разделенных прослойкой толщиной 3 нм. МСМ исследования показали, что в исследуемых двухслойных частицах наблюдаются два типа МСМ контраста (характерных для состояния с однородной намагниченностью), отличающиеся по интенсивности приблизительно в два раза. Проведенное моделирование МСМ изображений в таких двухслойных частицах и расчет зависимости амплитуды МСМ отклика от высоты прохода МСМ зонда над частицей показали, что МСМ изображение с меньшей амплитудой соответствует антиферромагнитной упорядоченности магнитных моментов в Со слоях (вектора магнитных моментов в соседних Со слоях направлены в противоположные стороны - | О, отклик же с большей амплитудой свидетельствует о ферромагнитной упорядоченности векторов (вектора магнитных моментов в соседних Со слоях сонаправлены - Т Т) магнитных моментов в Со слоях.

Проведены эксперименты по управлению состоянием намагниченности таких двухслойных частиц зондом МСМ. Показано, что при помощи специальных процедур сканирования возможно осуществление перехода из |) в (| конфигурацию магнитных моментов. Также возможна переориентация направлений магнитных моментов в (| 1) конфигурации (одновременное перемагничивание верхнего и нижнего Со слоев) с помощью зонда МСМ.

В разделе 5.2 приводятся результаты МСМ исследований трехслойных (Со / / Со / / Со) круглых дисков диаметром 300 нм. В результате численного моделирования были определены параметры трехслойной системы (толщины слоев Со и толщины прослоек БО, при которых в ней реализуются коллинеарные (все вектора намагниченности Со слоев параллельны) и неколлинеарные конфигурации намагниченности.

9 *4 4* ii U tj " М

Рис. 3. МСМ изображения спирального распределения в трехслойном ферромагнитном диске (диаметр 300 нм» Со слои 16/11/8 им, прослойка Si 5 нм). Теоретически рассчитанное - (а) экспериментальное (6).

На основе данных расчетов были выбраны оптимальные значения толщин Со слоев и немагнитных Si прослоек, при которых с одной стороны, в трехслойных дисках реализуется неколлинеарные распределения с углами между векторами намагниченности в слоях Со близкими к 120°, а с другой стороны, МСМ изображения таких частиц должны были содержать особенности, которые позволяли бы однозначно судить о наличии неколлинеарного распределения магнитных моментов в соседних слоях Со.

Было обнаружено хорошее совпадение теоретически рассчитанного (рис. 3(a)) и экспериментально полученного (рис. 3(6)) МСМ изображений спирального распределения намагниченности в трехслойном диске диаметром 300 нм (толщины Со слоев 16-11-8 нм, прослойки Si 5 нм).

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в

работе.

Основные результаты работы

1. Проведены сравнительные АСМ и РР исследования шероховатостей поверхности подложек с различными типами неровностей. Для поверхностей с существенно негауссовым распределением по высотам наблюдается существенное расхождение в полученных АСМ и РР методами значениях шероховатости Показано, что АСМ дает более адекватную информацию о шероховатостях поверхности. Развита методика расчета угловой зависимости зеркальной компоненты отраженного рентгеновского излучения и эффективной шероховатости непосредственно по АСМ профилям поверхности без использования каких-либо модельных представлений о характере неровностей рельефа. Показано, что угловые зависимости коэффициента отражения и эффективная шероховатость поверхности, рассчитанные непосредственно по АСМ данным, хорошо совпадают с результатами рентгеновских измерений.

2. Проведены сравнительные ACM исследования рельефа поверхности подложек различной формы, предназначенных для изготовления элементов изображающей оптики рентгеновского диапазона длин волн. Совместно с НПО 'Композит "проведена оптимизация технологии глубокой полировки кварцевых пластин, что позволило получить образцы сверхгладких плоских и асферических подложек с параметром среднеквадратичной шероховатости на уровне 0,2 им.

3. Проведены эксперименты по репликации сверхгладких эталонных пластин с помощью тонких слоев полимерных материалов на стеклянных подложках. АСМ исследования показали, что величина шероховатости полимерных реплик совпадает с шероховатостью поверхности реплицируемых эталонных пластин. Рентгеновские зеркала, изготовленные на контрольных эталонных подложках и на комбинированных подложках полимер-стекло, имели идентичные спектральные зависимости коэффициентов отражения.

4. Проведены исследования индуцированных зондом магнитно-силового микроскопа процессов неремагничивания субмикронных ферромагнитных частиц. Экспериментально показано, что в частицах Fe-Cr (700 х280 нм) под действием поля МСМ зонда происходят переходы между однородными состояниями с противоположным направлением намагниченности. Экспериментально показана возможность управляемого перемагничивания отдельных частиц Fe-Cr зондом МСМ.

В эллиптических частицах Со (600 х 400 х 27 нм) экспериментально наблюдались индуцированные зондом МСМ переходы между состояниями с однородным и вихревым распределениями намагниченности. Микромагнитное моделирование показало, что возможно зарождение магнитного вихря выделенной ориентации при несимметричном сканировании частицы зондом МСМ. Впервые экспериментально осуществлено управление знаком завихренности магнитного вихря в процессе перехода из однородного в вихревое состояние.

5. Исследованы состояния намагниченности в многослойных субмикронных частицах, представляющих собой систему из нескольких слоев ферромагнетика, разделенных тонкими немагнитными прослойками.

Экспериментально установлено, что в частицах с латеральными размерами 400 х 250 нм, состоящих из двух слоев Со толщиной 15 им, разделенных прослойкой Si толщиной 3 нм, реализуются два устойчивых состояния с ферромагнитной и антиферромагнитной ориентацией магнитных моментов в соседних слоях Со. Проведены эксперименты по перемагничиванию таких частиц зондом МСМ. Показано, что воздействие МСМ зонда на частицы приводит к ориентационным переходам двух типов: переходы из ферромагнитной в антиферромагнитную конфигурацию за счет переориентации

намагниченности верхнего слоя и переходы с изменением ориентации магнитного момента в обоих слоях.

Показано, что в трехслойных субмикронных круглых дисках возможна реализация, как коллинеарных состояний различной симметрии, так и состояний с неколлинеарной намагниченностью соседних слоев. В частицах, представляющих собой круглые диски диаметром 300 нм, содержащие три слоя Со с толщиной слоев 16-11 - 8 нм, разделенных прослойками Si толщиной 5 нм, впервые экспериментально зарегистрировано спиральное распределение МСМ контраста, соответствующее неколлинеарной конфигурации магнитных моментов.

Список цитируемой литературы

[1] Binnig, G. Tunneling through a controllable vacuum gap / G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber et al // Applied Physics Letters. - 1982. - V.40, - P.178 - 180.

[2] Binnig, G. Atomic Force Microscope / G. Binnig, C. F. Quate, Ch. Gerber // Physical Review Letters. - 1986. - V.56. - P.930-933.

[3] Wickramasinghe, H. K. Magnetic imaging by "force microscopy" with 1000 A resolution / Y. Martin, H. K. Wickramasinghe // Applied Physics Letters. - 1987. -V.50. —P.1455 — 1457.

[4] Гапонов, С. В. Работы в области проекционной EUV-литографии в рамках российской программы / С. В. Гапонов, Е. Б. Клюенков, Н. Н. Салащенко и др. // Материалы международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника" (Н.Новгород, 25-29 марта). - 2005. - Т. 1. - С.44-47.

[5] Андреев, С. С. Оптимизация технологии изготовления многослойных Mo/Si зеркал / С. С. Андреев, С. В. Гапонов, С. А. Гусев, С. Ю. Зуев, Е. Б. Клюенков, К.А. Прохоров, Н. И. Полушкин, Е. Н. Садова, Н. Н. Салащенко, JI. А. Суслов И Материалы всероссийского совещания "Рентгеновская оптика - 2000" (Н. Новгород, 22-25 февраля 2000 г.). - 2000ю - С. 118-13 8.

[6] Martin, J. I. Ordered magnetic nanostructures: Fabrication and properties / J. I. Martn, J. Nogues, K. Liu, J. L. Vicent, I. K. Schuller // Journal of magnetism and magnetic materials. -2003. -V.256. -P.449-501.

[7] Zutic, I. Spintronics: fundamentals and applications / I. Zutic, J. Fabian, S. Das Sarma // Review of Modern Physics. - 2004. - V.76. - P.323-410.

[8] Востоков, H. В. Определение эффективной шероховатости подложек из стекла в рентгеновском диапазоне длин волн по данным атомно-силовой микроскопии / Н. В. Востоков, С. В. Гапонов, В. JI. Миронов, А. И. Панфилов, Н. И. Полушкин, Н. Н. Салащенко, А. А. Фраерман, М. Н. Хайдл // Поверхность. — 2001. — Т.1. — С.38-42.

[9] Вдовичев, С. Н. Свойства джозефсоновских контактов в неоднородном магнитном поле системы ферромагнитных частиц / С. Н. Вдовичев, Б. А. Грибков, С. А. Гусев, Е. Ильичев, А. Ю. Климов, Ю. Н. Ноздрин, Г. Л. Пахомов, В. В. Рогов, Р. Штольтц, А. А. Фраерман // Письма в ЖЭТФ. - 2003. - Т.80.-Вып.10. — С.758-762.

Избранный список работ автора по теме диссертации

[Al] Fraerman, A. A. Determination of the X-ray mirror component angle dependence and effective surface roughness on the base of AFM measurements / A. A. Fraerman, S. V. Gaponov, B. A. Gribkov, V. L. Mironov, N. N. Salashchenko // Physics of Low

- Dimensional Structures. - 2002. - V.5/6. - P.79-83.

[A2] Бирюков, А. В. Исследование возможности получения сверхгладких подложек методом репликации эталонных поверхностей полимерными пленками / А. В. Бирюков, Д. Г. Волгунов, С. В. Талонов, Б. А. Грибков, С. Ю. Зуев, В. Л. Миронов, Н. Н. Салащенко, JI. А. Суслов, С. А. Тресков // Поверхность. - 2003. - Т.1. - С.109-112.

[A3] Бирюков, А. В. АСМ и РРМ исследования шероховатостей поверхности стеклянных подложек с негауссовым распределением по высотам / А. В. Бирюков, С. В. Га по нов, Б. А. Грибков, М. В. Зорина, В. J1. Миронов, Н. Н. Салащенко // Поверхность. - 2003. - Т.2. - С. 17-20.

[А4] Грибков, Б. А. Сравнительные исследования шероховатости поверхностей с негауссовым распределением по высотам методами атом но-с иловой микроскопии и рентгеновской рефлектометрии / Б. А. Грибков, В. JI. Миронов // Заводская лаборатория. - 2003. - Т.69. - С.29-34.

[А5] Fraerman, A. A. Magnetic Force Microscopy to determine vorticity direction in elliptical Co nanoparticles / A. A. Fraerman, L. Belova, B. A. Gribkov, S. A. Gusev, A. Yu. Klimov, V, L. Mironov, D. S. Nikitushkin, G. L. Pakhomov, К. V. Rao, V. B. Shevtsov, M. A. Silaev, S. N. Vdovichev // Physics of Low - Dimensional Structures.

- 2004. — V, 1/2. - P.35-40.

[A6] Fraerman, A. A. On the possibility of non-contact investigation into ferromagnetic nanoparticles using josephson magnetometer / A. A. Fraerman, B. A. Gribkov, S. A. Gusev, A. Yu. Klimov, Yu. N. Nozdrin, G. L. Pakhomov, V. V. Rogov, S. N. Vdovichev // Physics of Low - Dimensional Structures. - 2004. - V.l/2.

- P.lll-116.

[A7] Fraerman, A, A. Observation of MFM tip-induced remagnetization effects in elliptical ferromagnetic nanoparticles / A. A. Fraerman, B. A. Gribkov, S. A. Gusev, V. L. Mironov, N. I. Polushkin, S. N. Vdovichev // Physics of Low — Dimensional Structures. - 2004. - V.l/2. - P.l 17-122.[A8] Вдовичев, С. H. Свойства джозефсоновских контактов в неоднородном магнитном поле системы ферромагнитных частиц / С. Н. Вдовичев, Б. А. Грибков, С. А. Гусев, Е. Ильичев, А. Ю. Климов, Ю. Н. Ноздрин, Г. JI. Пахомов, В. В. Рогов, Р. Штольтц, А. А. Фраерман // Письма в ЖЭТФ. -2003. -Т.80.- Вып.10. - С.758-762. [А9] Vodolazov, D. Y. Considerable enhancement of the critical current in a superconducting film by a magnetized magnetic strip. / D. Y. Vodolazov, B. A. Gribkov, S. A. Gusev, A. Yu. Klimov, Yu. N. Nozdrin, V. V. Rogov. S. N. Vdovichev // Physical Review B. -2005. - V.72. -P.l-6.

[A 10] Vdovichev, S. N. Properties of Josephson junctions in the inhomogeneous magnetic field of a system of ferromagnetic particles. / S. N. Vdovichev, B. A. Gribkov, S. A. Gusev, E. Il'ichev, Yu. N. Nozdrin, G. L. Pakhomov, A.V.

Samokhvalov, R. Stolz, A. A. Fraerman U Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2006. - V.300. - P.202-205.

[АН] Грибков, Б. А. Исследование процессов локального перемагничивания в наночастицах Fe-Cr / Б. А. Грибков, В. J1. Миронов, Н. И. Полушкин, В. Б. Шевцов // Поверхность. — 2006. — Т.5. — С. 19-21.

[А12] Gaponov, S. V. Comparative investigations of surface roughness by X-ray reflection and probe microscopy / S. V. Gaponov, B. A. Gribkov, V. L. Mironov, N. N. Salaschenko, A. A. Fraerman // Proceedings of International Conference "Interaction of radiation with solids" (Minsk, October 3-5). - 2001. - P.335-337. [A13] Бирюков, A. B. ACM и PPM исследования шероховатостей поверхности стеклянных подложек с негауссовым распределением по высотам / А. В. Бирюков, С. В. Гапонов, Б. А. Грибков, М. В. Зорина, В. Л. Миронов, Н. Н. Салащенко // Труды Всероссийского совещания Рентгеновская оптика - 2002 " (Н.Новгород, 18-21 марта). - 2002. - С.241 - 244.

[А14] Gaponov, S. V. AFM investigations of the nanoscale roughness of polymer replicas on the gtass substrates / S. V. Gaponov, B. A. Gribkov, V. L. Mironov, N. N. Salashchenko, D. G. Volgunov // Proceedings of International workshop "Scanning Probe microscopy-2002" (N.Novgorod, March 3-6). -2002. - P. 140-142. [A15] Fraerman, A. A. - Determination of the X-ray reflection angle dependence and the effective surface roughness in the X-ray range on the basis of AFM measurements / A. A. Fraerman, S. V. Gaponov, B. A. Gribkov, V. L. Mironov, N. N. Salashchenko // Proceedings of 7-th international conference on nanometer-scale science and technology and 21-st European conference on surface science NANO-7, ECOSS-21, Malmo (Sweden).-2002.- P.38.

[A16] Gaponov, S. V. Polymer replication of supersmooth etalon surfaces for the X-ray optics application: SPM and X-ray investigations / S. V. Gaponov, B. A, Gribkov, V. L. Mironov, N. N. Salashchenko, D. G. Volgunov // Proceedings of 7-th international conference on nanometer-scale science and technology and 21-st European conference on surface science NANO-7, ECOSS-21, Malmo (Sweden), -2002. - P.38.

[A17] Gaponov, S. V. Nano-scale surface replication by polymer layers: SPM and X-ray investigations / S. V. Gaponov, B. A. Gribkov, V. L. Mironov, N. N. Salashchenko, S. A. Treskov, D. G. Volgunov // Proceedings of International Symposium Nanomeeting-2003 "(Minsk, May 20 -23). - 2003. - P.262-265. [A18] Polushkin, N. I. Characterization of patterned nanomagnet arrays by scanning probe microscopy / N. I. Polushkin, B, A. Gribkov, V. L. Mironov Я Book of abstracts international conference "Micro- and nano electronics - 2003", Zvenigorod, October 6-10. — 2003. - P.Ol-21.

[A19] Fraerman, A. A. Observation of MFM tip induced remagnetization effects in elliptical ferromagnetic nanoparticles / A. A. Fraerman, B. A. Gribkov, S. A. Gusev, V. L. Mironov, N. I. Polushkin, S. N. Vdovichev // Proceedings of International Workshop "Scanning Probe Microscopy - 2004" (N.Novgorod, May 2-6). - 2004. -P.95-98.

[А20] Fraerman, A, A. Magnetic force microscopy to determine vorticity direction in elliptical Co nanoparticles / A .A .Fraerman, B. A. Gribkov, S. A. Gusev, A. Yu. Klimov, V. L. Mironov, D. S. Nikitushkin, G, L. Pakhomov, V. B. Shevtsov, M. A. Silaev, S. N. Vdovichev // Proceedings of International Workshop "Scanning Probe Microscopy - 2004" (N.Novgorod, May 2-6). -2004. - P.201-204. [A21] Грибков, Б. А. Исследование процессов локального перемагничивания в наночастицах Fe-Cr / Б. А. Грибков, В. J1. Миронов, Н. И. Полушкин // Труды международного симпозиума Нанофизика и наноэлектроника - 20051 (Н.Новгород, 25-29 марта). -2005. - С.178-179.

[А22] Никитушкин, Д. С. Моделирование МСМ изображений ферромагнитных наночастиц со сложным распределением намагниченности / Д. С. Никшушкин, Б. А. Грибков, В. JI. Миронов // Труды международного симпозиума Нанофизика и наноэлектроника - 2005 " (Н.Новгород, 25-29 марта). - 2005. -С.184-185.

[А23] Грибков, Б. А, Изготовление асферических подложек с супергладкими поверхностями / Б. А. Грибков, Е. Б. Клюенков, Н. Н. Салащенко, В. А. Слемзин, И. JI. Струля И Труды международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника - 2005" (Н.Новгород, 25-29 марта). - 2005. - С.506-507. [А24] Mironov, V. L. MFM tip induced remagnetization effects in elliptical ferromagnetic nanoparticles / V. L. Mironov, B. A. Gribkov, A. A. Fraerman, N. I. Polushkin, S. N. Vdovichev // Proceedings of International Symposium 'Nanomeeting- 2005 (Minsk, May 24 -27). - 2005. - P.307-310. [A25] Gribkov, B. A. MFM Tip Induced Remagnetization Effects in ferromagnetic sub-micron sized particles / B. A. Gribkov, S. A. Gusev, A. A. Fraerman, I. R. Karetnikova, V. L. Mironov, I. M. Nefedof, N. I. Polushkin, I. A. Shereshevsku, S. N. Vdovichev // Book of abstracts International conference " Micro- and nanoelecctronics 2005". - 2005. - P.02-1 ID.

[A26] Сапожников, M. В. Влияние ферромагнитных наночастиц на транспортные свойства мостиков GaMnAs / М. В. Сапожников, Б. А. Грибков, А. А. Фраерман, Ю. А. Климов, Joonyeon Chang // Материалы X международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника" (Н.Новгород, 13-17 марта). — 2006.-С.253.

[А27] Грибков, Б. А. Магнитно-силовая микроскопия многослойных наночастиц на основе кобальта // Б. А. Грибков, А. А, Фраерман, Д. С. Никитушкин, С. А. Гусев, С. Н. Вдовичев, В. Б. Шевцов, В. JI. Миронов, С. В. Гапонов // Материалы X международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника" (Н.Новгород, 13-17 марта). — 2006. - С.225. [А28] Миронов, В. Л. Магнитно-силовая микроскопия наночастиц на основе Со / В. Л. Миронов, Б. А. Грибков, А. А. Фраерман, С. А. Гусев, С. Н. Вдовичев, Д. С. Никитушкин, В. Б. Шевцов, И. Р. Каретникова, И. М. Нефедов, И. А. Шерешевский // Труды X международной школы-семинара "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Москва, 12-16 июня). - 2006. - С.311-313.

Грибков Борис Александрович

СКАНИРУЮЩАЯ ЗОНДОВАЯ МИКРОСКОПИЯ ПОВЕРХНОСТНОЙ ШЕРОХОВАТОСТИ И МАГНИТНЫХ

НАНОСТРУКТУР

Автореферат

Подписано к печати 10 октября 2006 г. Тираж 100 экз.

Отпечатано на ризографе Института физики микроструктур РАН, 603950,

Нижний Новгород, ГСП - 105.

1.1. Применение метода атомно-силовой микроскопии для исследований шероховатости поверхности.

1.2. Исследование состояний намагниченности в субмикронных ферромагнитных частицах методом магнитно-силовой микроскопии.

1.3. Исследование состояний намагниченности в субмикронных ферромагнитных многослойных частицах методом магнитно-силовой микроскопии.

Глава 2. Методы изготовления образцов и методики измерений.

Глава 3. Исследования наномасштабных шероховатостей поверхности подложек методом сканирующей зондовой микроскопии.

3.1. Особенности применения атомно-силовой микроскопии для анализа рельефа поверхности подложек, сравнение с рентгеновскими методами.

3.2. Исследование возможности сглаживания шероховатостей поверхности методом репликации при помощи тонких слоев полимерных материалов.

3.3. Сравнительные АСМ исследования подложек, применяемых для изготовления многослойных рентгеновских зеркал.

3.3.1. Измерения шероховатостей подложек, изготовленных в ИЛФ

С. Петербург).

3.3.2. Исследование шероховатости подложек, изготовленных в оптической группе ФИАНа.

3.3.3 Измерения шероховатостей подложек, изготовленных на Казанском оптико-механическом заводе.

3.3.4 Измерения шероховатостей подложек, изготовленных в НПО "Композит".

3.3.5. Результаты сравнительных АСМ исследований шероховатости тестовых подложек.

3.3.6. Исследование возможности изготовления сверхгладких асферических подложек.

3.4. Выводы к главе 3.

Глава 4. Исследования индуцированных магнитным полем МСМ зонда переходов между магнитными состояниями в ферромагнитных наночастицах.

4.1. Исследование индуцированных магнитным полем МСМ зонда переходов между состояниями с однородной намагниченностью в субмикронных частицах Fe-Cr.

4.2. Исследование индуцированных магнитным полем МСМ зонда переходов между однородным и одновихревым состояниями намагниченности в эллиптических частицах Со.

4.3. Применение МСМ методик перемагничивания субмикронных частиц для управления свойствами джозефсоновских контактов.

4.4. Выводы к главе 4.

Глава 5. МСМ исследования состояний намагниченности в многослойных ферромагнитных частицах.

5.1 МСМ исследования состояний намагниченности в двухслойных ферромагнитных частицах.

5.2. Наблюдение индуцированных зондом МСМ эффектов перемагничивания в двухслойных ферромагнитных субмикронных частицах.

5.3. Диаграмма магнитных состояний трехслойных субмикронных ферромагнитных частиц.

5.4 Моделирование МСМ изображений трехслойных ферромагнитных частиц с коллинеарным и неколлинеарным состоянием намагниченности.

5.5 Экспериментальные МСМ исследования трехслойных ферромагнитных частиц.

5.6 Выводы к главе 5.

За последние двадцать лет сформировалось новое направление в исследованиисвойств поверхности твердого тела с высоким пространственным разрешением сканирующая зондовая микроскопия (СЗМ). Применение различных зондовыхмикроскопов, таких, как сканирующий туннельный (СТМ), атомно-силовой (АСМ),магнитно-силовой (МСМ), позволяет получать уникальную информацию о свойствахповерхности. Данная диссертационная работа посвящена развитию СЗМ методик и ихприменению для исследования особенностей микрорельефа сверхгладкихповерхностей с различными типами микрошероховатостей и для исследованиянаномасштабных свойств различных магнитных наноструктур на основеферромагнитных материалов.Первая часть работы посвящена исследованиям шероховатости рельефаповерхности подложек, применяемых для изготовления многослойных зеркалрентгеновского диапазона длин волн. Традиционно для исследованиянаномасштабных неровностей рельефа поверхности применяются методы атомносиловой микроскопии и рентгеновской рефлектометрии (РР). В силу различнойнрироды взаимодействия АСМ зонда и рентгеновского излучения с исследуемымобразцом эти методы дают различную информацию о микрошероховатостяхповерхности. Поэтому существует ряд метрологических проблем, связанных сосравнением результатов измерений, получаемых АСМ и РР методами, и ихадекватной интерпретации. Часть диссертационной работы посвящена сравнениювозможностей АСМ и РР методик по исследованию микрорельефа поверхностей сразличным типом неровностей.Шероховатость поверхности исходной подложки является одним из основныхфакторов, влияющих на качество интерфейсов многослойных зеркал рентгеновскогодиапазона длин волн, и, в конечном итоге, на их отражательные характеристики.Особенно важно использование высококачественных подложек с предельно низкимзначением шероховатости при создании короткопериодных зеркал жесткогорентгеновского диапазона, так как с уменьшением периода отражающих слоеввлияние шероховатости на характеристики изготавливаемого зеркала существенноувеличивается. С другой стороны, требования к качеству зеркал существенновозрастают нри создании рентгенооитических установок, содержащих несколькоотражательных элементов. Величина нотерь интенсивности пучка в таких системахзависит от количества зеркал и от отражательных характеристик каждого из них, чтотакже накладывает крайне жесткие требования на шероховатость поверхностиподложек и шероховатость интерфейсов каждого из зеркал, входящих в систему.Достаточно большая часть данной работы посвящена нроблеме АСМ контроляшероховатости сверхгладких плоских и асферических подложек, изготавливаемыхметодами глубокой полировки.Вторая часть диссертационной работы посвящена МСМ исследованияммагнитных состояний в субмикронных ферромагнитных частицах. Массивыферромагнитных наночастиц вызывают в настоящее время повыщенный интерес,обусловленный, прежде всего, возможностью их применения в качестве источниковнеоднородного магнитного поля, датчиков слабых магнитных полей, а таюке вкачестве среды для записи информации с высокой плотностью. Особый интересвызывают многослойные частицы, состоящие из нескольких ферромагнитных слоевразделенных немагнитными прослойками. Так, на базе двухслойных ферромагнитныхнаночастиц, разрабатываются спинвентильные приборы и структуры для записиинформации. С фундаментальной точки зрения интерес к многослойнымферромагнитным частицам обусловлен возможностью создания искусственныхнеколлинеарных состояний намагниченности. Структуры такого типа представляютнесомненный интерес для изучения спинзависимых эффектов при исследованииэлектронного транспорта во внешних магнитных нолях.Массивы ферромагнитных наночастиц используются в качестве источниковнеоднородного магнитного поля, применяемых для управления свойствамичувствительных к магнитному нолю объектов. При этом, изменение состоянийнамагниченности отдельных частиц в массиве, позволяет управлять величиной иструктурой индуцированного такими источниками магнитного ноля, насубмикронных масштабах. С этой точки зрения, проведенные в диссертационнойработе исследования возможностей изменения магнитного состояния в наночастицахс помощью зонда магнитно-силового микроскона являются новыми и актуальными.Цели работы:1. Исследование возможности изготовления сверхгладких (со среднеквадратичнойшероховатостью 0,2 - 0,3 нм) нодложек плоской и асферической формы, нригодныхдля изготовления высококачественных многослойных зеркал рентгеновского дианазонадлин волн.2. Исследование индуцированных магнитным нолем зонда МСМ эффектовнеремагничивання ферромагнитных частиц субмикронного размера.3. МСМ исследования магннтньк состояний в двухслойных (Со / Si / Со) ферромагнитныхсубмикронных частицах. Исследование возможности управления состояниемнамагниченности в таких двухслойных частицах МСМ зондом.4. МСМ исследования состояний намагниченности трехслойных (Со / Si / Со / Si / Со)ферромагнитных дисков субмикронного размера. В частности, исследованиевозможности реализации неколлинеарных распределений намагниченности в такихчастицах.Научная новизна работы1. Впервые методом репликации сверхгладких эталонных пластин при помощитонких слоев полимерных материалов изготовлены сверхгладкие подложки длязеркал рентгеновского диапазона длин волн. Методом АСМ показано хорошеесовпадение параметра среднеквадратичной шероховатости эталонных пластин иизготовленных комбинированных подложек полимер-стекло.2. Исследованы индуцированные магнитным полем зонда МСМ эффектыперемап-гачивания в субмикронных эллиптических ферромагнитных частицах,обладающих двумя метастабильными состояниями. Обнаружены индуцированныезондом МСМ обратимые переходы между однородным и одновихревымсостоянием намагниченности. Впервые показана возможность управлениянаправлением завихренности магнитного вихря в процессе перехода изоднородного в вихревое состояние.3. Исследованы состояния намагниченности в двухслойных ферромагнитныхчастицах субмикронного размера. В таких объектах впервые наблюдалисьиндуцированные зондом МСМ переходы между ферромагнитной (векторамагнитных моментов в соседних ферромагнитных слоях сонаправлены) иантиферромагнитной (вектора магнитных моментов в соседних ферромагнитныхслоях направлены в противоположные стороны) конфигурацияминамагниченности в ферромагнитных слоях.4. Проведены МСМ исследования субмикронных трехслойных ферромагнитныхчастиц в виде круглых дисков, представляющих собой три слоя ферромагнитногоматериала, разделенные немагнитными прослойками. Впервые экспериментальнонаблюдались неколлинеарные распределения намагниченности в такихмногослойных объектах.Практическая значимость работы1. Совместно с НПО "Композит" (г. Москва) отработана технология глубокойполировки кварцевых подложек различной геометрии для изготовлениярентгеновских зеркал. Данная технология позволяет получатьвысококачественные подложки с шероховатостью поверхности на уровне 0,2 0,3 нм.2. Предложен и реализован метод репликации поверхностных структур при помощитонких слоев полимерных материалов с разрешением до 30 нм. С помощьюданного метода изготовлены высококачественные комбинированные подложкиполимер-стекло, пригодные для создания многослойных зеркал рентгеновскогодиапазона длин волн.3. Разработаны процедуры сканирования зондом МСМ, позволяющие эффективноуправлять состояниями намагниченности в эллиптических ферромагнитныхсубмикронных частицах. Упорядоченные массивы таких ферромагнитных частициспользовались в ИФМ РАП в качестве управляемых источников неоднородногомагнитного поля, влияющих на транснортные свойства джозефсоповскихконтактов.4. Показана возможность осуществления индуцированных МСМ зондом переходовмежду ферромагнитной и антиферромагнитной конфигурациями магнитныхмоментов в двухслойных (ферромагнетик / немагнитная прослойка /ферромагнетик) субмикропных частицах при помощи МСМ зонда. Исследования7переходов между магнитными состояниями в таких объектах актуальны с точкизрения разработки и создания приборов спинтроники и сред для записиинформации.Основные ноложения, выносимые на защиту1. Проведенная совместно с НПО "Композит" оптимизация технологии глубокойполировки позволила изготовить сверхгладкие кварцевые подложки сшероховатостью на уровне 0,2-0,3 нм, пригодные для созданиявысококачественных рентгеновских зеркал.2. Метод репликация сверхгладких эталонных поверхностей с номощью тонкихслоев полимерных материалов позволяет изготавливать подложки сшероховатостью на уровне 0,3 нм, пригодные для создания зеркал рентгеновскогодиапазона длин волн.3. Под действием ноля зонда МСМ в эллиптических ферромагнитных частицах свысоким аспектным соотношением латеральных размеров происходят переходымежду однородными состояниями с нротивоноложно нанравленным магнитныммоментом, а в частицах с малым аспектным соотношением переходы междусостояниями с однородной намагниченностью и одновихревым состоянием.4. Экспериментально осуществлено изменение знака завихренности магнитноговихря в субмикронной ферромагнитной частице нод действием поля зонда МСМпосредством двухстадийного процесса, сопровождающегося переходом извихревого в однородное состояние, а затем вновь в вихревое с заданнымнаправлением завихренности,5. Под действием поля зонда МСМ осуществлены контролируемые переходы междуферромагнитно- и антиферромагнитно - упорядоченными конфигурациямимагнитных моментов в субмикронных двухслойных ферромагнитных частицахэллиптической формы.6. В субмикронных трехслойных ферромагнитных дисках с сильныммагнитостатическим взаимодействием между слоями реализуютсянеколлинеарные распределения намагниченности.Публикации по теме диссертацииВсего по результатам диссертации опубликовано 38 работ, из них 11 статей вреферируемых журналах и 27 публикаций в материалах конференций. Список работавтора приводится в конце диссертации [А1-А38].Личиый вклад автора в получение результатов- Равнозначный в сравнительные исследования шероховатостей подложек методамиАСМ и РР (совместно с В.Л.Мироновым и А.А.Фраерманом) [А1, A3, А4, А12,А13,А15].- Равнозначный в исследование возможности наномасштабной ренликацииповерхности при помошп топких слоев полимерных материалов (совместно сВ.Л.Мироновым и Д.Г.Волгуновым) [А2, АИ, А16, А17].- Основной в АСМ исследования шероховатости поверхности высокополировапныхнодложек плоской и асферической формы, предназначенных для изготовлениямногослойных рентгеновских зеркал (совместно с Н.Н.Салащенко) [А23].- Определяющий в исследование индуцированного магнитным полем МСМ зондаперемагничивания субмикронных частиц Fe-Cr с однородной намагниченностью(совместно с В.Л.Мироновым) [А7, А11, А18, А21, А24].- Основной в МСМ исследования возможности управления знаком завихренностиодновихревого состояния в субмикронных частицах Со (совместно сВ.Л.Мироновым) [А5, А7, А19, А20, А24, А25].- Основной в МСМ исследоваиия состояний намагниченности двухслойных итрехслойиых субмикронных ферромагнитных частиц (совместно сД.С.Никитушкиным, А.А.Фраерманом, В.Л.Мироновым) [А27, А28].Общий объем диссертации составляет 148 страпиц. В диссертации содержится 73рисупка и 1 таблица. Список литературы включает 140 наименований.Содержание работы по главам

Основные результаты работы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Проведены сравнительные АСМ и РР исследования шероховатостей поверхности подложек с различными типами неровностей. Для поверхностей с существенно негауссовым распределением по высотам наблюдается существенное расхождение в полученных АСМ и РР методами значениях шероховатости Показано, что АСМ дает более адекватную информацию о шероховатостях поверхности. Развита методика расчета угловой зависимости зеркальной компоненты отраженного рентгеновского излучения и эффективной шероховатости непосредственно по АСМ профилям поверхности без использования каких-либо модельных представлений о характере неровностей рельефа. Показано, что угловые зависимости коэффициента отражения и эффективная шероховатость поверхности, рассчитанные непосредственно по АСМ данным, хорошо совпадают с результатами рентгеновских измерений.

2. Проведены сравнительные АСМ исследования рельефа поверхности подложек различной формы, предназначенных для изготовления элементов изображающей оптики рентгеновского диапазона длин волн. Совместно с НПО "Композит" проведена оптимизация технологии глубокой полировки кварцевых пластин, что позволило получить образцы сверхгладких плоских и асферических подложек с параметром среднеквадратичной шероховатости на уровне 0,2 нм.

3. Проведены эксперименты по репликации сверхгладких эталонных пластин с помощью тонких слоев полимерных материалов на стеклянных подложках. АСМ исследования показали, что величина шероховатости полимерных реплик совпадает с шероховатостью поверхности реплицируемых эталонных пластин. Рентгеновские зеркала, изготовленные на контрольных эталонных подложках и на комбинированных подложках полимер-стекло, имели идентичные спектральные зависимости коэффициентов отражения.

4. Проведены исследования индуцированных зондом магнитно-силового микроскопа процессов перемагничивания субмикронных ферромагнитных частиц. Экспериментально показано, что в частицах Fe-Cr (700 х 280 нм) под действием поля

МСМ зонда происходят переходы между однородными состояниями с противоположным направлением намагниченности. Экспериментально показана возможность управляемого перемагничивания отдельных частиц Fe-Cr зондом МСМ.

В эллиптических частицах Со (600 х 400 х 27 нм) экспериментально наблюдались индуцированные зондом МСМ переходы между состояниями с однородным и вихревым распределениями намагниченности. Микромагнитное моделирование показало, что возможно зарождение магнитного вихря выделенной ориентации при несимметричном сканировании частицы зондом МСМ. Впервые экспериментально осуществлено управление знаком завихренности магнитного вихря в процессе перехода из однородного в вихревое состояние.

5. Исследованы состояния намагниченности в многослойных субмикронных частицах, представляющих собой систему из нескольких слоев ферромагнетика, разделенных тонкими немагнитными прослойками.

Экспериментально установлено, что в частицах с латеральными размерами 400 х 250 нм, состоящих из двух слоев Со толщиной 15 нм, разделенных прослойкой Si толщиной 3 нм, реализуются два устойчивых состояния с ферромагнитной и антиферромагнитной ориентацией магнитных моментов в соседних слоях Со. Проведены эксперименты по перемагничиванию таких частиц зондом МСМ. Показано, что воздействие МСМ зонда на частицы приводит к ориентационным переходам двух типов: переходы из ферромагнитной в антиферромагнитную конфигурацию за счет переориентации намагниченности верхнего слоя и переходы с изменением ориентации магнитного момента в обоих слоях.

Показано, что в трехслойных субмикронных круглых дисках возможна реализация, как коллинеарных состояний различной симметрии, так и состояний с неколлинеарной намагниченностью соседних слоев. В частицах, представляющих собой круглые диски диаметром 300 нм, содержащие три слоя Со с толщиной слоев 16-11-8 нм, разделенных прослойками Si толщиной 5 нм, впервые экспериментально зарегистрировано спиральное распределение МСМ контраста, соответствующее неколлинеарной конфигурации магнитных моментов.

В заключении автор выражает искреннюю благодарность своим научным руководителям Салащенко Николаю Николаевичу и Миронову Виктору Леонидовичу за чуткое руководство и постоянную помощь на всех этапах работы над диссертацией; сотрудникам ИФМ РАН, совместная работа с которыми сделали возможным появление настоящей диссертации; особую благодарность автор выражает А. Ю. Климову, А. А. Фраерману и С. Н. Вдовичеву за помощь и постоянный интерес к работе; С. А. Гусеву, В. В. Рогову, Н. И. Полушкину, Д. С. Никитушкину, Д. Г. Волгунову за помощь в работе и ценные советы при обсуждении результатов; лаборатории математического моделирования - И. А. Шерешевскому, И. М. Нефедову, И. Р. Каретниковой; Н. А. Коротковой, Н. И. Чхало, О. Г. Удалову, С. Ю. Зуеву, Ю. Н. Ноздрину за помощь в работе; С.В.Гапонову за постоянную поддержку работы.

Заключение

1. Binnig, G. 7 х 7 Reconstruction on Si(lll) Resolved in Real Space / G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel // Physical Review Letters. 1983. - V.50. - P.120-125.

2. Tortonese, M. Atomic resolution with an atomic force microscope using piezoresistive detection / M. Tortonese, R. C. Barrett, C. F. Quate // Applied Physics Letters. 1993. -V.62. -P.834-836.

3. Giessibl, F. Atomic resolution on Si(l 1 l)-(7x7) by noncontact atomic force microscopy with a force sensor based on a quartz tuning fork / F.Giessibl // Applied Physics Letters. -2000. V.76. -P.1470-1473.

4. Seo, Yongho. Atomic-resolution noncontact atomic force microscopy in air / Yongho Seo, Hwansung Choe, Wondo Jhe // Applied Physics Letters. 2003. - V.83. - P. 18601863.

5. Goss, Charles A. Imaging and modification of Au(lll) monoatomic steps with atomic force microscopy / Charles A. Goss, Jay C. Brumfield, Eugene A. Irene, Royce W. Murray // Langmuir. 1993. - V.9. - P.2986-2994.

6. Griffith, Joseph E. Dimensional metrology with scanning probe microscopes / Joseph E. Griffith, David A. Grigg // Journal of Applied Physics. 1993. - V.74. - P.R83-R109.

7. Арутюнов, П. А. Параметры шероховатости по данным измерений атомно-силового микроскопа / П. А. Арутюнов, А. Л. Толстихина, В.Н.Демидов // Микроэлектроника. 1998. -Т.27. -Вып.6. -С.431-439.

8. Арутюнов, П. А. Сканирующая зондовая микроскопия (туннельная и силовая) в задачах метрологии и наноэлектроники / П. А. Арутюнов, A. JI. Толстихина // Микроэлектроника. 1997. - Т.26. - Вып.6. - С.426-439.

9. Markiewicz, Peter. Simulation of atomic force microscope tip-sample/sample-tip reconstruction / Peter Markiewicz, M. Cynthia Goh // Journal of Vacuum Science and Technology B. 1995. - V.13. -P.l 115-1117.

10. Бухараев, A.A. ССМ-метрология микро- и наноструктур / А. А. Бухараев, H. В. Бердунов, Д. В. Овчинников, К. М. Салихов // Микроэлектроника. 1997. - Т.26. -Вып.З. - С.163-175.

11. Aue, J. Influence of atomic force microscope tip-sample interaction no the study of scaling behavior / J. Aue, J. Th. M. De Hosson // Applied Physics Letters. 1997. - V.71. -P.1347-1349.

12. Dongmo, Samuel. Blind restoration method of scanning tunneling and atomic force microscopy images / Samuel Dongmo, Michel Troyon, Philippe Vautrot, Etienne Delain, Noel Bonnet // Journal of Vacuum Science and Technology B. 1996. - V.14. - P.1552-1556.

13. Williams, P. M. Blind reconstruction of scanning probe image data / P. M. Williams, К. M. Shakesheff, M. C. Davies, D. E. Jackson, C. J. Roberts // Journal of Vacuum Science and Technology B. 1996. - V.14. - P. 1557-1562.

14. Villarubia, J. S. Morphological estimation of tip geometry for scanned probe microscopy / J. S. Villarubia// Surface Science. 1994. - V.321. -P.287-300.

15. Villarubia, J. S. Scanned probe microscope tip characterization without calibrated tip characterizers / J. S. Villarubia // Journal of Vacuum Science and Technology B. 1996. -V.14. -P.1518-1521.

16. Markiewicz, Peter. Atomic force microscope tip deconvolution using calibration arrays / Peter Markiewicz, M. Cynthia Goh // Review of Scientific Instruments. 1995. - V.66. -P.3186-3190.

17. Radlein, Edda. Atomic force microscopy as a tool to correlate nanostructure to properties of glasses / Edda Radlein, Gunther Heinz Frischat // Journal of non-crystalline solids. 1997. - V.222. - P.69-82.

18. Протопопов, В. В. Измерение пространственного распределения шероховатости сверхгладких поверхностей и дефектов многослойных рентгеновских зеркал / В. В. Протопопов, К. А. Валиев, Р. М. Имамов // Поверхность. 1999. - Т. 1. - С. 111-119.

19. De Boer, D. К. G. Influence of the roughness profile on the specular reflectivity of x-rays and neutrons /D. K. G. de Boer//Physical Review B. 1994. - V.49. -P.5817-5820.

20. Sinha, S. K. X-ray and neutron scattering from rough surfaces / S. K. Sinha, E. B. Sirota, S. Garoff, H. B. Stanley // Physical Review B. 1988. - V.38. - P.2297-2311.

21. De Boer, D. K. G. X-ray reflection and transmission by rough surfaces / D. K. G. de Boer // Physical Review B. 1995. - V.51. - P.5297-5305.

22. Protopopov, V. V. Comparative study of rough substrates for x-ray mirrors by the methods of x-ray reflectivity and scanning probe microscopy / V. V. Protopopov, K. A. Valiev, and R.M. Imamov // Crystallography Reports. 1997. - V.42. - P.686-694

23. Kodama, R. Н. Magnetic nanoparticles condens. matter / R. H. Kodama // Journal of magnetism and magnetic materials. - 1999. - V.200. - P.359-372.

24. Martin, J. I. Ordered magnetic nanostructures: Fabrication and properties / J. I. Martn, J. Nogues, K. Liu, J. L. Vicent, I. K. Schuller // Journal of magnetism and magnetic materials. 2003. - V.256. - P.449-501.

25. Sun, Shouheng. Monodisperse FePt nanoparticles and ferromagnetic FePt nanocrystal superlattices / Shouheng Sun, С. B. Murray, Dieter Weller, Liesl Folks, Andreas Moser // Science. 2000. - V.287. - P. 1989-1992.

26. Zutic, I. Spintronics: fundamentals and applications /1. Zutic, J. Fabian, S. Das Sarma //Review of Modern Physics. -2004. V.76. -P.323-410.

27. Prejbeanu, I. L. In-plane reversal mechanisms in circular Co dots /1. L. Prejbeanu, M. Natali, L. D. Buda, U. Ebels, A. Lebib, Y. Chen, K. Ounadjela // Journal of Applied Physics. 2002. - V.91. - P.7343-7345.

28. Farhoud, M. The effect of aspect ratio on the magnetic anisotropy of particle arrays / M. Farhoud, Henry I. Smith, M. Hwang, C. A. Ross // Journal of Applied Physics. 2000. -V.87. - P.5120-5122.

29. Cowburn, R. P. Single-Domain Circular Nanomagnets / R. P. Cowburn, D. K. Koltsov, A. O. Adeyeye, M. E. Welland, D. M. Tricker // Physical Review Letters. 1999. - V.83. -P.1042-1045.

30. Ovchinnikov, D. V. The computer analysis of MFM images of separate ferromagnetic nanoparticles / D. V. Ovchinnikov, A. A. Bukharaev // AIP Conference Proceedings. -2003.-V.696,- P.634-641.

31. Pulwey, R. Transition of magnetocrystalline anisotropy and domain structure in epitaxial Fe(001) nanomagnets / R. Pulwey, M. Zolfl, G. Bayreuther, D. Weiss // Journal of Applied Physics. 2003. - V.93. - P.7432-7434.

32. Fidler, J. Micromagnetic simulation of the magnetic switching behavior of mesoscopic and nanoscopic structures / J. Fidler, T. Schrefl, V. D. Tsiantos, W. Scholz, D. Suess // Computational material science. 2002. - V.24. - P.163-174.

33. Kin Ha, Jonathan. Micromagnetic study of magnetic configurations in submicron permalloy disks / Jonathan Kin Ha, Riccardo Hertel, J. Kirschner // Physical Review B. -2003. V.67. P. 224432-1 - 224432-9.

34. Natali, M. Correlated Magnetic Vortex Chains in Mesoscopic Cobalt Dot Arrays / M. Natali, I. L. Prejbeanu, A. Lebib, L. D. Buda, K. Ounadjela, Y. Chen // Physical Review Letters. 2002.-V.88.-P. 157203-1 - 157203-4.

35. Raabe, J. Magnetization pattern of ferromagnetic nanodisks / J. Raabe, R. Pulwey, R. Sattler, T. Schweinbock, J. Zweck, D. Weiss // Journal of Applied Physics. 2000. V.88. -P.4437-4439.

36. Okuno, T. MFM study of magnetic vortex cores in circular permalloy dots: behavior in external field / T. Okuno, K. Shigeto, Т. Ono, K. Mibu, T. Shinjo // Journal of magnetism and magnetic materials. 2002. - V.240. - P. 1-6.

37. Shima, H. Pinning of magnetic vortices in microfabricated permalloy dot arrays / H. Shima, V. Novosad, Y. Otani, K. Fukamichi, N. Kikuchi, 0. Kitakamai, Y. Shimada // Journal of Applied Physics. 2002. - V.92. - P. 1473-1476.

38. Pokhil, Taras. Spin vortex states and hysteretic properties of submicron size NiFe elements / Taras Pokhil, Dian Song, Janusz Nowak // Journal of Applied Physics. 2000. -V.87. - P.6319-6321.

39. Schneider, M. Lorentz microscopy of circular ferromagnetic permalloy nanodisks / M. Schneider, H. Hoffmann, J. Zweck // Applied Physics Letters. 2000. - V.77. - P.2909-2911.

40. Alexeev, A. Remanent state studies of elliptical magnetic particles / A. Alexeev, V.A. Bykov, A.F. Popkov, N.I. Polushkin, V.I. Korneev / Journal of magnetism and magnetic materials. 2003. - V.258-259. - P.42-44.

41. Zhu, Xiaobin. Magnetic force microscopy study of electron-beam-patterned soft permalloy particles: Technique and magnetization behavior / Xiaobin Zhu, P. Griitter, V. Metlushko, B. Ilic // Physical Review B. 2002. V.66. - P. 024423-1 - 024423-7.

42. Алексеев, A. M. Наблюдение остаточных состояний малых магнитных частиц: микромагнитное моделирование и эксперимент / А. М. Алексеев, В. А. Быков, А. Ф. Попков, Н. И. Полушкин, В. И. Корнеев // Письма в ЖЭТФ. 2003. - Т.75,- Вып.6. -С.318-322.

43. Fernandez, A. Magnetic domain structure and magnetization reversal in submicron-scale Co dots / A. Fernandez, M.R. Gibbons, M.A. Wall, C.J. Cerjan // Journal of magnetism and magnetic materials. 1998. - V.190. - P.71-80.

44. Fernandez, A. Nucleation and annihilation of magnetic vortices in submicron-scale Co dots / A. Fernandez, C. J. Cerjan // Journal of Applied Physics. 2000. - V.87. - P. 13951401.

45. Lebib, A. Size and thickness dependencies of magnetization reversal in Co dot arrays / A. Lebib, S. P. Li, M. Natali, Y. Chen // Journal of Applied Physics. 2001. - V.89. -P.3892-3896.

46. Okuno, Т. Two types of magnetic vortex cores in elliptical permalloy dots / T. Okuno, K. Mibu, T. Shinjo // Journal of Applied Physics. 2004. - V.95. - P.3612-3617.

47. Hehn, Michel. Nanoscale Magnetic Domains in Mesoscopic Magnets / Michel Hehn, Kamel Ounadjela, Jean-Pierre Bucher, Franchise Rousseaux, Dominique Decanini, Bernard Bartenlian, Claude Chappert// Science. 1996. - V.272. - P.1782-1785.

48. Koo, H. Slow magnetization dynamics of small permalloy islands / H. Koo, Т. V. Luu, R. D. Gomez, V. V. Metlushko // Journal of Applied Physics. 2000. - V.87. - P.5114-5116.

49. Garcia, J. M. MFM imaging of patterned permalloy elements under an external applied field / J.M. Garcia, A. Thiaville, J. Miltat, K.J. Kirk, J.N. Chapman // Journal of magnetism and magnetic materials. -2002. -V.242-245. P. 1267-1269.

50. Ovchinnikov, D. V. In situ MFM investigation of magnetization reversal in Co patterned microstructures / D. V. Ovchinnikov, A. A. Bukharaev, P. A Borodin, D. A. Biziaev // Physics of Low-Dimensional Structures. -2001. V.3/4. - P. 103-106.

51. Temiryazev, A. G. Domains in micron-sized permalloy elements / A. G. Temiryazev, V. I. Borisov, A. I. Krikunov, M. P. Tikhomirova // SPM-2003 Proceedings (Nizhni Novgorod, March 2-5). 2003. - P. 158.

52. Koblischka, M. R. Resolving magnetic nanostructures in the 10-nm range using MFM at ambient conditions / M. R. Koblischka, U. Hartmann, T. Sulzbach // Materials Science and Engineering: C. 2003. - V.23. - P.747-751.

53. Koblischka, M. R. Improvements of the lateral resolution of the MFM technique / M. R. Koblischka, U. Hartmann, T. Sulzbach // Thin Solid Films. 2003. - V.428. - P.93-97.

54. Temiryazev, A. G. MFM study of soft magnetic samples / A. G. Temiryazev // SPM-2003 Proceedings (Nizhni Novgorod, March 2-5). 2003. - P.161.

55. Tomlinson, S. L. Modeling the perturbative effect of MFM tips on soft magnetic thin films / S. L. Tomlinson, E.W. Hill // Journal of magnetism and magnetic materials. 1996. - V.161. -P.385-396.

56. Zhu, Xiaobin. Systematic study of magnetic tip induced magnetization reversal of e-beam patterned permalloy particles / Xiaobin Zhu, P. Grutter, V. Metlushko, B. Ilic // Journal of Applied Physics. -2002. -V.91. P.7340-7342.

57. Kleiber, M. Magnetization switching of submicrometer Co dots induced by a magnetic force microscope tip / M. Kleiber, F. Kiimmerlen, M. Lohndorf, A. Wadas, D. Weiss, R. Wiesendanger // Physical Review B. 1998. - V.58. - P.5563-5567.

58. Schneider, M. Magnetic switching of single vortex permalloy elements / M. Schneider, H. Hoffmann, J. Zweck // Applied Physics Letters. 2001. - V.79. - P.3113-3115.

59. Daughton, J. M. GMR applications / J. M. Daughton // Journal of magnetism and magnetic materials. 1999. - V.192. -P.334-342.

60. Tezuka, N. Magnetization reversal and domain structure of antiferromagnetically coupled submicron elements / N. Tezuka, N. Koike, K. Inomata, S. Sugimoto // Journal of Applied Physics.- 2003. -V.93. P.7441-7443.

61. Girgis, E. Characterization of the magnetization vortex state in magnetic tunnel junctions patterned into nanometer-scale arrays / E. Girgis, S. P. Pogossian, M. Gbordzoe // Journal of Applied Physics.- 2006. -V.99. P.014307-1 - 014307-5.

62. Buchanan, K. S. Magnetic remanent states and magnetization reversal in patterned trilayer nanodots / K. S. Buchanan, K. Yu. Guslienko, A. Doran, A. Scholl, S. D. Bader, V. Novosad // Physical Review B. 2005. - V.72. - P. 134415-1 - 134415-8.

63. Cheng, J. Y. Magnetic nanostructures from block copolymer lithography: Hysteresis, thermal stability, and magnetoresistance / J. Y. Cheng, W. Jung, C. A. Ross // Physical Review B. 2004. - V.72 - P.064417-1 - 064417-9.

64. Russek, S. E. Switching characteristics of spin valve devices designed for MRAM applications / S. E. Russek, J.O. Oti, Y.K. Kim // Journal of magnetism and magnetic materials. 1999. - V. 198-199. -P.6-8.

65. Castano, F. J. Switching field trends in pseudo spin valve nanoelement arrays / F. J. Castano, Y. Hao, C. A. Ross, B. Vogeli, Heniy I. Smith, S. Haratani // Journal of Applied Physics. 2002. - V.91. - P.7317-7319.

66. Castano, F. J. Magnetization reversal in sub-100 nm pseudo-spin-valve element arrays / F. J. Castano, Y. Hao, C. A. Ross, B. Vogeli, Henry I. Smith, S. Haratani // Applied Physics Letters. 2001. - V.79. - P. 1504-1506.

67. Nozaki, Y. Sub-micron scale relief structures of GMR materials fabricated by half-milling control / Y. Nozaki, T. Misumi, K. Matsuyama // Journal of magnetism and magnetic materials. 2002. - V.239. - P.237-239.

68. Matsuyama, K. Magnetoresistive measurement of switching behavior in nano-structured magnetic dos arrays / K. Matsuyama, Y. Nozaki, T. Misumi // Journal of magnetism and magnetic materials. 2002. - V.240. - P.l 1-13.

69. Wahlstrom, Erik Scanning tunneling microscopy for laterally resolved measurements of magnetoresistance through a point contact / Erik Wahlstrom, Rimantas Bruas, Maj Hanson//Applied Physics Letters. -2006. V.88. - P. 112509-1 - 112509-3.

70. Zhu, Xiaobin. Magnetization switching in 70-nm-wide pseudo-spin-valve nanoelements / Xiaobin Zhu, P. Griitter, Y. Hao, F. J. Castano, S. Haratani, C. A. Ross, B. Vogeli, H. I. Smith // Journal of Applied Physics. 2003. - V.93. - P.l 132-1136.

71. Tatara, Gen. Permanent current from noncommutative spin algebra / Gen Tatara, Hiroshi Kohno // Physical Review В. 2003. - V.67 - P. 113316-1 - 113316-3.

72. Binnig, G. Tunneling through a controllable vacuum gap / G. Binnig, H. Rohrer, Ch. Gerber, E. Weibel // Applied Physics Letters. 1982. - V.40. - P.178 - 180.

73. Pohl, D. W. Optical near-field scanning microscope / D. W. Pohl // European patent application No. 0112401. 1982.

74. Pohl, D. W. Optical stethoscopy: Image recording with resolution X/20 / D. W. Pohl, W. Denk, M. Lanz // Applied Physics Letters. 1984. - V.44. - P.651 - 653.

75. Matey, J. R. Scanning capacitance microscopy / J. R. Matey, J. Blanc // Journal of Applied Physics. 1985. - V.57. - P.1437-1444.

76. Williams, С. C. Scanning thermal profiler / С. C. Williams, H. K. Wickramasinghe // Applied Physics Letters. 1986. - V.49. - P.1587 - 1589.

77. Binnig, G. Atomic Force Microscope / G. Binnig, C. F. Quate, Ch. Gerber // Physical Review Letters. 1986. - V.56. - P.930-933.

78. Wickramasinghe, H. K. Magnetic imaging by "force microscopy" with 1000 A resolution / Y. Martin, H. K. Wickramasinghe // Applied Physics Letters. 1987. - V.50. -P.1455- 1457.

79. Kaiser, W. J. Direct investigation of subsurface interface electronic structure by ballistic-electron-emission microscopy / W. J. Kaiser, L. D. Bell // Physical Review Letters. 1988. -V.60. -P.1406-1409.

80. Takata, Keiji. Tunneling acoustic microscope / Keiji Takata, Tsuyoshi Hasegawa, Sumio Hosaka, Shigeyuki Flosoki, Tsutomu Komoda // Applied Physics Letters. 1989. -V.55.-P.1718- 1720.

81. San Paulo, Alvaro. Tip-surface forces, amplitude, and energy dissipation in amplitude-modulation (tapping mode) force microscopy / Alvaro San Paulo, Ricardo Garcia // Physical Review B. 2001. - V.64. - P. 193411-1 - 193411-3.

82. Magonov, S. N. Phase imaging and stiffness in tapping-mode atomic force microscopy / S. N. Magonov, V. Elings, M.-H. Whangbo // Surface Science. 1997. -V.375. - P.L385 -L391.

83. Cleveland, J. P. Energy dissipation in tappingmode atomic force microscopy / J. P. Cleveland, B. Anczykowski, A. E. Schmid, V. B. Elings // Applied Physics Letters. 1998. -V.72.-P.2613 -2615.

84. Яминский, И. В. Сканирующая зондовая микроскопия биополимеров / И. В. Яминский // Москва, Научный мир. 1997.

85. Rugar, D. Magnetic force microscopy: General principles and application to longitudinal recording media / D. Rugar, H. J. Mamin, P. Guethner, S. E. Lambert, J. E. Stern, I. McFadyen, T. Yogi // Journal of Applied Physics. 1990. - V.68. - P.1169-1183.

86. Martin, Y. Atomic force microscope-force mapping and profiling on a sub 100-A scale / Y. Martin, С. C. Williams, H. K. Wickramasinghe // Journal of Applied Physics. -1987.-V.61.- P.4723-4729.

87. Nonnenmacher, M. Kelvin probe force microscopy / M. Nonnenmacher, M. P. O'Boyle, H. K. Wickramasinghe // Applied Physics Letters. 1991. - V.58. - P.2921 -2923.

88. Wolter, O. Micromachined silicon sensors for scanning force microscopy / O. Wolter, Th. Bayer, J. Greschner // Journal of Vacuum Science and Technology B. 1991. - V.9. -P.1353-1357.

89. Albrecht, T. R. Microfabrication of cantilever styli for the atomic force microscope / T. R. Albrecht, S. Akamine, Т. E. Carver, C. F. Quate // Journal of Vacuum Science and Technology A. 1990. - V.8. - P.3386-3396.

90. Бараш, Ю. С. Силы Ван-дер-Ваальса / Ю. С. Бараш // Москва, Наука. 1988.

91. Koblischka, М. R. Recent advances in magnetic force microscopy / M. R. Koblischka, U. Hartmann // Ultramicroscopy. 2003. - V.97. - P. 103-112.

92. Deng, Zhifeng. Metal-coated carbon nanotube tips for magnetic force microscopy / Zhifeng Deng, Erhan Yenilmez, Josh Leu, J. E. floffman, Eric W. J. Straver, Hongjie Dai, Kathryn A. Moler // Applied Physics Letters. 2004. - V.85. - P.6263 - 6265.

93. Hirose, R. Tip production technique to form ferromagnetic nanodots / R. Hirose, M. Arita, K. Hamada, A. Okada // Materials Science and Engineering: C. 2003. - V.23. -P.927-930.

94. Wu, Yihong. Point-dipole response from a magnetic force microscopy tip with a synthetic antiferromagnetic coating / Yihong Wu, Yatao Shen, Zhiyong Liu, Kebin Li, Jinjun Qiu // Applied Physics Letters. 2003. - V.82. - P. 1748 - 1750.

95. Polushkin, N. I. Characterization of patterned nanomagnet arrays by scanning probe microscopy / N.I.Polushkin, B.A.Gribkov, V.L.Mironov // Book of abstracts international conference "Micro- and nano electronics 2003", Zvenigorod. - 2003. - P.Ol-21.

96. A. Shereshevskii, L. V. Sukhodoev // Physical Review B. 2002. - V.65. - P.064424-1 -064424-5.

97. Gusev, S. A. C60 Fulleride as a resist for nanolithograthy / S. A. Gusev, E. B. Kluenkov, L. A. Mazo et. al. // Abstract of IWFAC-97 (St. Peterburg). 1997. - P.296.

98. Звездин, А. К. Магнитооптика тонких пленок / А. К. Звездин, В. А. Котов // Москва, Наука. 1988.

99. Boerner, Е. D. Dynamics of thermally activated reversal in nonuniformly magnetized single particles / E.D.Boerner, H.N.Bertran // IEEE Transactions on Magnetic. 1997. -V.33.-P, 3052-3054.

100. Kebe, Th. Calibration of magnetic force microscopy tips by using nanoscale current-carrying parallel wires / Th. Kebe, A. Carl // Journal of Applied Physics. 2004. - V.95. -P.775-792.

101. Гапонов, С. В. Рассеяние мягкого рентгеновского излучения и холодных нейтронов на многослойных структурах с шероховатыми границами / С.В. Гапонов, В.М. Генкин, Н.Н. Салащенко, А.А. Фраерман//ЖТФ. 1986. - Т.56. - С.708-714.

102. Борн, M. Основы оптики / M. Борн, Э. Вольф // Москва, Наука. 1970.

103. Gale, М. Т. Replication techniques for diffractive optical elements / M. T. Gale // Microelectronic Engineering. 1997. - V.34. - P.321-339.

104. Krauss, Peter R. Nano-compact disks with 400 Gbit/in2 storage density fabricated using nanoimprint lithography and read with proximal probe / Peter R. Krauss, Stephen Y. Chou//Applied Physics Letters. 1997. - V.71. -P.3174 - 3176.

105. Schifta, H. Nanoreplication in polymers using hot embossing and injection molding / H. Schifta, C. Davida, M. Gabrielb, J. Gobrechta, L. J. Heydermana, W. Kaiserc, S. Koppeld, L. Scandellaa // Microelectronic Engineering. 2000. - V.53. - P.171-174.

106. Вдовичев, С. Н. Торцевые джозефсоновские переходы с прослойкой из нитрида кремния / С. Н. Вдовичев, А. Ю. Климов, Ю. Н. Ноздрин, В. В. Рогов // Письма в ЖТФ. 2004. - Т.ЗО. - С.42-56.

107. Самохвалов, А. В. Максимальный сверхток джозефсоновского перехода в поле магнитных частиц / А. В. Самохвалов // Письма в ЖЭТФ. 2003. - Т.78.- Вып.6. -С.822-826.

108. Stolz, R. LTS SQUID sensor with a new configuration / R. Stolz, L. Fritzsch, H.-G. Meyer // Superconductor science and technology 1999. - V.12. - P.806-808.

109. Chopra, Harsh Deep. Nature of coupling and origin of coercivity in giant magnetoresistance NiO-Co-Cu-based spin valves / Harsh Deep Chopra, David X. Yang, P. J. Chen, D. C. Parks, W. F. Egelhoff, Jr // Physical Review B. 2000. - V.61. - P.9642-9652.

110. Barness, D. Zero field resistance dip in magnetic tunnel junctions employing a granular electrode / D. Barness, A. Frydman // Physical Review B. 2005. - V.72. -P.012313-1 -012413-4.

111. Список работ автора по теме диссертации

112. A. Gusev, A. Yu. Klimov, Yu. N. Nozdrin, V. V. Rogov. S. N. Vdovichev // Physical Review В.-2005. V. 72.-P. 1-6.

113. А 12. Gaponov, S. V. Comparative investigations of surface roughness by X-ray reflection and probe microscopy / S. V. Gaponov, B. A. Gribkov, V. L. Mironov, N. N. Salaschenko,

114. A. A. Fraerman // Proceedings of International Conference "Interaction of radiation with solids" (Minsk, October 3-5). 2001. - P.335-337.

115. A13. Бирюков, А. В. ACM и PPM исследования шероховатостей поверхности стеклянных подложек с негауссовым распределением по высотам / А. В. Бирюков, С.

116. B. Гапонов, Б. А. Грибков, М. В. Зорина, В. JI. Миронов, Н. Н. Салащенко // Труды Всероссийского совещания "Рентгеновская оптика 2002" (Н.Новгород, 18-21 марта). - 2002.-С.241 -244.

117. Ноздрин, А. В. Самохвалов, В. В. Рогов, А. А. Фраерман // Материалы X международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника" (Н.Новгород, 13-17 марта).-2006.-С. 142.