Спиновое эхо на ядрах 59Со в тонких многослойных ферромагнитных пленках кобальта и сплава FeNiCо тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ДСП ре:. лШШЕШ

■ РФ " \Utft.

ОКТь .Г-,а.!,1юфизика*

Дяя служебного пользования Зкз. № г' м

^ ь

Ленинградский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени Государственный университет

На правах рукописи УДК 539.143.43 : 62I.39I.I44

СУРГУЧЕВ ИВАН АЛЕКСЕЕВИЧ 59

СПИНОВОЕ ЭХО НА ЭДРАХ Со 3 ТОНКИХ МНОГОСЛОЙНЫХ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПЛЕНКАХ ' КОБАЛЬТА И СПЛАВА РсЫьСо

Специальность 01.04.03 - радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математическж наук

Ленинград, 1991

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте физики гри Ленинградском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственном университете

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Чижик В.И.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Дудкин В.И.

кандидат физико-математических наук, доцент Чекмарев В.П.

Ведущая организация: физико-технический институт АН СССР имени А.Иоффе

Защита состоитсяЗО ./Ч&З 1991 г. в часов на засе-

дании специализированного Совета Д 063.57.3о по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Ленинградском государственном университете по адресу: 199034, г. Ленинград, Университетская наб., 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке имени И.Горького при ЛГУ.

Автореферат

Ученый секретарь специализированного Совета

С.Т.Рыбачек

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. 3 последние годы вновь заметно увеличился интерес к тонким многослойным магнитным пленкам ввиду перспективности их применения в различных системах обработки информации. Свойства двухслойных и многослойных магнитных пленок сложнее и многообразнее свойств однослойных и требуо? тщательного изучения. Существует ряд эффектов, присущих многослойным структурам, которые не наблюдаются в однослойных магнитных пленках.

Ядерное спиновое эхо в тонких магнитных пленках начали активно исследовать в конце 60-х - начале 70-х гг. В отличие от массивных ферромагнетиков тонкие магнитные пленки представляют собой удобный объект для исследования импульсным ЯМР, так как их толщина много меньше толщины скин-слоя и пленки фактически прозрачны для.радиочастотного излучения. Вместе с исследованиями основных параметров ЯМР в магнитных пленках переходных металлов и сплавов рассматривалась возможность их использования в устройствах обработки радиосигналов на основе спинового эха (так называемые спиновые эхо-процессоры).

Использование многослойных магнитных пленок в спиновых устройствах попинает амплитуду сигнала оха и, следовательно, динамический диапазон данных устройств. Многослойные магнитные пленки предпочтительнее в применении и в других устройствах обработки информации. Двухслойные и многослойные пленки считаются наиболее перспективными при термомагнитной и оптической обработке информации /"Гуслиенко, 1989], так как их свойства становятся менее чувствительными к изменениям температуры и магнитного поля по сравнению с однослойными.

Методом■импульсного ЯМР обнаружен ряд интересных эффектов в многослойных магнитных структурах. Так, при исследовании магнитных пленок С обменной связью наблюдалось увеличение амплитуды сигнала &ха ГГуслиенко, 19863, обусловленное уменьшением поля анизотропии. •При уменьшении толщины магнитных слоев возможна потеря намагниченности СРо^ , 1988] и появление сигнала ЯМР от межфазной области [ТаЛсгМ^Ь , 1984]. Эти и другие эффекты свидетельствуют о многообразии явлений в многослойных магнитных структурах. ^

Таким образом, исследование многослойных магнитных пленок и развитие методов изучения их макро- и микроструктуры, в частности, с помощью ядерного спинового эха, является актуальной зада-

чей.

Цель работы: исследование импульсного йМР Со в тонких многослойных ферромагнитных пленках кобальта и .сплава изучение на это!? основе некоторых особенностей их магнитной структуры, определение оптимальных параметров многослойных кобальтовых пленок, обеспечивающих максимальную амплитуду сигнала эха.

В связи с данной ¿¿елью необходимо было решить следующие задачи:

1. Разработать датчик Я'.Т> (спиновый резонатор), пригодный для исследования тонких ферромагнитных пленок (ТФП) с широкой линией ЯМ? и для использования в спиновых устройствах обработки сигналов (эхо-процессорах).

2. Определить явный вид функции распределения числа ядер по коэффициентам усиления для тонких кобальтовых пленок.

3. Исследовать форму сигнала зха в многослойных кобальтовых ТФП при действии на них длинных радиоимпульсов, спектр которых значительно уже ширины линии ЯМР.

4. Определить характер разброса ориентации локальных осей легкого намагничивания (ОЛН) в многослойных 1ВД кобальта и сплава Рсл/иСо с помощью импульсного ЯМР.

5. Определить оптимальные параметры многослойных кобальтовых пленок, изготовленных способом ионно-плазменного распыления для получения максимальной амплитуды сигнала эха.

Автор защищает:

1. Метод определения функции распределения числа ядер по коэффициентам усиления в ТФП, имеющих большую сирину линии ЯМР, с помощью изучения зависимости амплитуды эха от мощности возбуждающих импульсов.

2. Совокупность экспериментальных доказательств существования в многослойных пленках двух преимущественных направлений в распределении ориентации локальных осей легкого намагничивания и метод их определения по зависимости амплитуды сигнала ядерного спинового эха от направления радиочастотного поля в плоскости пленки.

3. Конструкцию спинового резонатора типа линии задержки на отрезке симметричного полоскового волновода для регистрации ЯМР ^ Со а тонких ферромагнитных пленках.

Новивна работы, научная и практическая ценность

Предложена и защищена тремя авторскими свидетельствами конструкция спинового резонатора типа линии задержки на отрезке сим-

метричного полоскогого волновода для ТФП с широкими линиями ЯМР, пригодная для использования в спиноеых устройствах обработки информации.

Определены температурные коэффициенты основных параметров ЯМР в тонких многослойных пленках кобальта и сплава Гв.Ь'иСо

Произведен расчет амплитуды сигнала оха с учетом функции распределения числа ядер по коэффициентам усиления и при действии на неоднородно-упиренную линию ЯМР длинных пмцульсоз. На основе данного расчета получена функция распределения числа ядер по коэффициентам усиления для тонких многослойных пленок кобальта и сплава

Исследована форма сигнала эха в кобальтовых ТФП при действии длинных радиоимпульсов и выявлено, что в данном случае вид функции распределения слабо влияет на форму сигнала ядерного спинового эха.

С помощь» импульсного ЯМР установлено существование в многослойных пленках кобальта и сплава Ге.А/1Со двух преимущественных направлений в распределении локальных осей легкого намагничивания, причем угол меяду этими направлениями увеличивается с ростом числа магнитных слоев. Предложенный метод исследования тонких многослойных ферромагнитных пленок может применяться для изучения распределения локальных осей легкого намагничивания и в других многослойных магнитных структурах.

Определены оптимальные параметры многослойных ИП кобальта и сплава Со , изготовленных методом ионно-плазменного распыления, с точки зрения получения максимальной амплитуды сигнала эха, что важно при использовании их в эхо-процессорах.

Апробация работы. Результаты исследования импульсного ЯМР в тонких магнитных кобальтовых пленках бьши представлены на:

- ХУ отраслевой научно-технической конференции (г. Ленинград, 1985 г.);

- Всесоюзной конференции "Акустоэлектронные устройства обработки информации (г. Черкассы, 1988 г.).

Публикации: по теме диссертации опубликовано II печатных работ.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, четьгрех глаз и выводов. Она содержит 31 рисунок и список литературы из 121 названия. Общий объем диссертации - 175 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, поставлена цель и определены задачи исследования, сформулироваш научные положения, вносимые на защиту, новизна работы, научная и практическая ценность.

Глава I. ЯМ? н Ферромагнитных материалах и тонких ферромагнитных пленках. Данная глава имеет обзорный характер и посвящена особенностям ЯМР е ферромагнетиках и, в частности, в ТФП. Обосновывается выбор импульсного метода ЯМР для исследования магнитных пленок и произведен анализ основных работ по ЯМР б кобальтовых пленках. Вводится математический аппарат для расчета сигнала эха в магнитоупорядоченных веществах.

Расчет сигнала ядерного спинового эха для магнитоупорядоченных веществ производится на основе решения уравнений Блоха для вектора ядерной намагниченности . Наличие эффекта усиления внешнего радиочастотного поля и сигнала ЯМР в магнитоупорядоченных веществах учитывается [1 - Л] введением в известные Dыpaie-ния для сигнала свободной ицдукции или спинового эха величины

' /""(<£), где ^ - коэффициент усиления, который для однодо-менного образца равен отношению локального поля на ядро к полю анизотропии ( = Влок/Вд), - функция распределения числа

ядер по коэффициентам усиления. Для ортобората железа СI3 наиболее пригодной для оЬксания разброса коэффициента усиления оказалась функция ), а для металлических ферромагнетиков [2 ]-функция (£ ):

Функции распределения

) были получены из аппроксимации экспериментальных зависимостей амплитуды сигнала свободной прецессии и эха в предположении действия коротких радиоимпульсов с длительностью -Ьц , для которых выполняются неравенства:

1Л. = ли?0= 25Га/ , (£ц)~*» АьОо (2)

где д/ - ширина спектра ЯМР. Вид функции распределения отражает макроскопическое строение исследуемого магнитоупорядочениого вещества: доменные стенки отличаются подвижностью, размерами и ориентацией; в доменах может иметь место разброс локального поля анизотропии по величине и направления; Поэтому экспериментальное определение функции /•*(/£) представляет интерес и может быть вы-

пслиечо с использованием импульсной методики Я'.ф. Однако в кобальтовых ТИ1 невозможно создать экспериментальные условия, соответствующие неравенству (2), вводу большой ширины линии Я МР. Поэтому в этом случае необходимо разработать норуга методику извлечения информации о функции F (из экспериментальных данных импульсного ЯМР.

Глацч 2. Аппаратура и экспериментальна*? матодйкч импульсного. ЯМР в тонких магнитны^ кобальтовых пленках, В разделах,2.1 и 2.2 второй главы описан широкополосный спектрометр импульсного ЯЫР, разработанный для исследования тонких многослойных ферромагнитных . пленок кобальта и сплава Ре^к-Со . Спектрометр позволяет измерять основные параметры ЯМР' пленок: центральную частоту (¿и,), ширину линии ЯМР (, амплитуду сигнала эха , времена по-

перечной (Т^).и продольной (Т|) релаксаций. Центральным узлом спектрометра является спиновый резонатор (СР), в котором происходит возбуждение и.съем сигнала спинового эха. Спиновый резонатор является широкополосным устройством типа линии задержки [Ь }. На рис. I показан общий вид и рсновные конструктивные элементы СР нп осноке отрезка симметричного полоскового волновода: I - экран или иины, 2 - тонкие магнитные пленки, 3 - изолирующие слои, 4 -центральный проводник, 5 - диэлектрические гигастцш. Данный СР имеет некоторые преимущества перед обычными-резонансными датчиками ЯМ?, поскольку является широкополосным и не требует настройки на частоту ЯМР. При этом все компоненты спектра исследуемых пленок наблюдаются без искажений и, кроме этого, появляется возможность облучения ТЗП на разных частотах, в том числе и на.субгар-мокиках. Спиновый резонатор характеризуется хорошим отношением сигнал/шум = С] ( для пленок кобальта ^ ^ 100), и малыми переход- • ными процессами после возбуждающих импульсов. Конструкция СР удобна для параллельного пакетирования тождественных образцов устройства и из эксперимента установлено, что увеличение амплитуды сигнала эха происходит пропорционально корню квадратному из числа пакетируемых образцов. Пленарная конструкция СР и малый объем (0,2 см3) делает его удобным для массового производства и использования в аппаратуре.

ч/, В разделе.2.3 рассматриваются особенности изготовления тонких 'поликристаллических многослойных пленок кобальта и сплава

Fe.fi/LCo , изготовленных методом ионно-плазменного распыления. В качестве исходные, рабочих материалов доя распыления использовались кобальт Ш.% и сплав кобальт 60 % - железо 30 % - никель

Рис. I. Конструкция спинового резонатора:

в - ширина центрального проводника;

с - расстояние между пооводниками в меандре;

с1 - расстояние от центрального проводника 4до шин X,

5" - толщина многослойной пленки;

д - толщина центрального проводника

-4 о 1 -4 о •¿/¿V Рис. 2. Вид сигналов двухимпульсного эха в пленках кобальта при различных амплитудах первого импульса. Верхние кризые - экспериментальные сигналы, нижние - рассчитанные по формуле (4 ) с функциями распределения (Ч) и £ ) соответственно

10 % Fz^lCo ), изготовленные з ЦНИИ ЧЕРМЕТ имени Бардина. Отмечается, что пленки кобальта и сплава FeJ/iCo , получаемые ион-но-плазменным способом, по интенсивности сигнала ядерного спинового эха не уступают аналогичным пленкам, полученным методом термического испарения.

В многослойных пленках кобальта наблюдаются два максимума в «ягктре ЯМР на частотах 213,5 и 213,0 МГц, положение которых не зависит от числа магнитных слоев, что говорит о неизмзнности кристаллической структуры многослойных пленок. Замечено небольшое увеличение максимума на частоте 218 МГц при возрастании числа магнитных слоев в пленках кобальта, что связано,.по-видимому, с изменением магнитной структуры многослойных пленок. Огибающая спектра ЯМР в пленках сплава FcMi-Cc имеет один плавный максимум на частоте 200 МГц, а ширина линии ЯМР равна ~ 30 МГц и приблизительно в три раза превосходит ширину линии ЯМР в пленках из чистого кобальта.

В разделе 2.4 приведены результаты исследований температурных коэффициентов параметров ЯМР в кобальтовых пленках. В интервале от - 60 до + 70°С измерены температурные зависимости центральной частоты ЯМР, ширины ли!гли ЯМР, амплитуды сигнала двухим-пульсного эха, времен поперечной и продольной релаксаций. Температурные коэффициенты параметров ЯМР в тонких магнитных пленках сплава FeJJuCo в 2 - 6 раз превышают те же коэффициенты для пленок из чистого кобальта. Отмечено увеличение времени поперечной релаксации Ту в пленках сплава Fet^tCo по сравнению с пленками из кобальта.

Глава 3. Влияние функции распределения числа ядер по коэффициентам усиления F (g ) в тонких ферромагнитных кобальтовых пленках на амплитуду и форму сигнала эха. В первом разделе главы описан метод определения функции распределения числа ядер по коэффициентам' усиления в кобальтовых пленках с сильно неоднородно-уширенной линией ЯМР. Чтобы вычислить величины сигналов свободной прецессии и эха- ( V? ) в ТФП с широким спектром ЯМР, когда условие (2) нарушается, необходимо выполнить интегрирование сигналов от спиновых пакетов как по , так к по Ли) с учетом функций распределения по коэффициентам усиления Р (£ ) и частотам (j, {Au) )t где au) = iO - uJo , и) - круговая частота РЧ-поля, и)0 - круговая частота ЯМР спинового пакета. Если ц) совпадает с центральной частотой распределения д. ( àa) ) и функция д. (Дм? ) четная, то:

\/э= 2V0Jfni¿é,Aiú^) :/¿ f{/¿)^/auJjc/;¿ c/óüú (3)

гдё m, (i. ) для двухимпульсного эха имеет вед:

3 2

g^b (/ - СОЯи^Л) x ximúiucia&Jn- ^(-f-cos^éu^A^J

где пг0 - равнойеснай ядерная намагниченность, ¿и - длительность первого импульса, В - отношение длительности второго импульса к'длительности первого, S - отношение ампличуды второго импульса к амплитуде перього; ,

и), в vdBTí^oF, vJ¿ = í^-t-to

■i! - время, отсчитываёчоз от окончания второго импульса, -i0 -промежуток времени между окончанием первого и началом второго импульса, \f0 - параметр, не зависящий от длительностей и амьли-туд радиоимпульсов. Для длинных радиоимпульсов при выполнении условий обратных (2), a именноí Uu)"1¿A Áи) ,6 формировании сигнала эха буддт участвовать сравнительно узкая часть спектра Я№* b пределах которой можно считать Q (ли)) = I. Тогда интеграл ftQ £ в (3) берется, если вместо переменной hu> ввести пере-vémyle 2 : tu) = Оставшийся интеграл rio z? уке

легко вычисляется численными методами. Для удобства вычислений следует перейти от переменной Z к новой переменной X , определенной следующим Образом: X = VT+Z?- Z. » (такая замена делает йределЫ интегрирования конечными). В результате получается следующая формула:

V, = Vn ¿ A J, - ) &(х) dx

где ик = (i/¿u)(S- X2j+ ¿>¿(1 +

где КL (X ) имеет вид для функции /у ( £ ):'

t(f(X)~ ху&к.

а для функции г2(%):

Выяснено, что при J2 характер зависимости амплитуды сигнала эха достаточно четко определяется видом функции распределения числа ядер по коэффициентам усиления F ). Поэтому, сравнивая экспериментальные зависимости амплитуды сигнала эха, полученные при X:? 2 с теоретическими рассчитанными для некоторой функции F ( £ ), можно определить насколько хорошо данная функция распределения описывает разброс ядер по коэффициентам усиления в исследуемом веществе. Установлено, что ход экспериментальных кривых в пленках кобальта и сплава FeJJuCo заметно отличается от теоретических, построенных с использованием функций fa(^).

, Для Т5П кобальта и сплава FejJiCo нами была получена функция распределения Fp (>£) в виде:

г /„ , _ 2 Г сг+ V/Z- а.2-____ 1 7 (5х

где /¿' = >1 /Цо , 1о - среднее значение £ ; а, в, с - параметры, которые подбираются исходя из аппроксимации экспериментальных, данных. Функция FP ) заметно отличается от полученных ранее функций ( £ ) и Ft ( 4 ): при £ = 0 ока равна константе. Функция распределения для "МП кобальта и сплава Fe.fiJi.Co в виде (5) отражает факт происхождения сигнала эха от ядер всего объема пленок. Однослойные и многослойные пленки кобальта и сплава Fe.tJi Со характеризуются функцией распределения одного вида (5) с различными параметрами а, в, с.

В разделе 3.2 исследуется форма сигнала ядерного спинового эха з кобальтовых пленках. Формула (4) для сигнала эха позволяет рассчитывать" форму сигнала эха при произвольном соотношении длительностей и амплитуд ВЧ-импульсов, удовлетворяющих условию (-tu >"'«

да},. Рассмотрены разные случаи воздействия на ТйП кобальта и сплава Fe.Mt.Co двух возбуждающих импульсов: I) первый импульс длинный, а второй короткий; 2) два длинных и равных по амплитуда и длительности импульса. Па рис. 2 показан вид сигналов спинового эха для первого случая. Длительность первого импульса = I мкс, а второго Ьщ = 0,1 икс. Амплитуда второго импульса поддерживалась постоянной (¿4= 2,4 В). Верхние кривые на рис. 2 получены экспериментально, в центральной и нижней частях рисунка приведены сигналы эха, рассчитанные по формуле (4) с использованием функций распределения Я/С^) и Fz( ».) соответст-

веяно. Как видно из приведенных рисунков обе теоретические кривые хорошо описывают экспериментально наблюдаемую форму сигнала эха при всех значениях амплитуды первого ил пульса, На основе факта хорошего совпадения огибающих формы сигнала эха, построенных по формуле (4) с разными функциями распределения, сделано предположение, что форма сигнала эха слабо зависит от вида функции распределения F (¡l).

Зо втором случае, при действии двух длинных и равновеликих импульсов, наблюдаемая форма сигнала оха в кобальтовых ТОП обнаруживает тонкую структуру, проявляющуюся в том, что с увеличением амплитуды возбуждающих импульсов появляются пики в моменты време:-ы ¿' = l0 , -Lo - ¿v , ío - . Эти пики в ТФП более интенсивные по сравнению с массивными ферромагнетиками и имеют раздвоенный характер. Теоретические кривые, построенные для данного случая, также хорошо описывают форму сигнала эха, полученную в эксперименте.

Глава 4. Дисперсия локальннх полей анизотропии в одно-и-мно-гослойннх^ пленках кобальта и сплава FeM.Cn по данным импульсного Я'.'Р^ Со. В гторвом разделе данной главы исследуется оптимальная толщина одно-и-многослойшх пленок кобальта и сплава

fi-M'.Co , полученных иочно-плазменнкм распылением. Под оптимальной толщиной пленки, понимается такая толщина, при которой амплитуда сигнала эха максимальна.

Оптимальная толщина однослойных пленок кобальта и сплава FetJiCo , полученных ионно-плазменны^ распылением, оказалась одинаковой и равняется 1200 - 1600 А. Для многослойных пленок подтверждено существование некоторой суммарной оптимальной толщины, выше которой амплитуда сигнала aga не увеличивается. Для гше-нок кдбальта эта толщина равна 4000 А, а для пленок Fí.tJii-0 -2700 А.

В разделе 4.2 изложены результаты исследований дисперсии локальных осей легкого намагничивания в одно-и-многослойных кобальтовых пленках с помощью импульсного ЯМР ^ Со. Наблюдались зависимости амплитуды сигнала эха в многослойных Т5П от угла б между направлением РЧ-поля в плоскости пленки и направлением, перпендикулярным средней ОЛН пленки. На рис. 3 показаны результаты измерений угловых зависимостей амплитуды сигнала эха в многделой-ных пленках кобальта с толщиной магнитных слоев равной 650 А. Для однослойной пленки (рис.3) амплитуда эха максимальна при 8 = 0° и плавно уменьшается почти до нуля при 9 = 90 Приме-

для многослойных пленок кобальта с различным числом магнитных слоев (I, 4, 6, 8, II слоев), Сплошные кривые рассчитаны по формуле ( 7 )

Рис. 4. Взаимное расположение радиочастотного поля ОР, преимущественной оси легкого намагничивания ОМ и одной из локальных осей легкого намагничивания ОК

чателыю появление у шестисложной пленки максимума амплитуды спинового эха при 9 м~ 25 0 и симметричного относительно 9 = 90 0 максимума при $ м - 160 При дальнейшем увеличении числа слоев максимумы сближается и для одиннадцатислойной пленки величины угла б м, при которых наблюдаются максимумы сигнала эха достигают значений: 9Ы = 45 0 и 135 Смещение угла 9Ы и появление второго симметричного максимума невозможно объяснить только увеличением дисперсии анизотропии в многослойных пленках с большим числом слоев. Следует предположить, что в многослойных пленках существуют блоки с двумя преимущественными направлениями локаль- ' ных ОЛН, расположенных симметрично относительно средней ОЛН с сохранением некоторого разброса вблизи этих направлений.

Па рис. 4 средняя ОЛН пленки направлена по оси У, одно из преимущественных направлений DtJ направлено под углем 9 0 к средней оси легкого намагничивания пленки, а РЧ-поле образует угол Q с осью X. Считаем, что лекальные ОЛН (.одна из них обозначена ОН и расположена под углом У к ON ) расположены с равной вероятностью в некотором интервале углов 2 \у относительно преимущественного направления ОМ . Тогда нетрудно видеть, что проекция РЧ-поля, перпендикулярная локальной-ОЛН, пропорциональ- • на С05 ( 9 + 90 + у ). Амплитуда сигнала эха в зависимости от углов Q , Qq, у? определяется формулой:

Ц - (V^/2f)Jcos(9i-Qo+y)dif> (6)

где Vzi - параметр, не зависящий от данных углов. Так как предполагалось, что локальные оси легкого намагничивания расположены симметрично относительно средней ОЛН, то к выписанному в формуле (6) члену, надо добавить еще один с заменой 90 на - 90 . Вычисляя оба интеграла, получим :

% = + -^[tinZiQ+Qo+f)- •

— + SUtW - 9с 0-9о -у)]J

Из расчетов по формул« (7) установлено, что при больших углах 9о максимум угловой зевисимости амплитуды сигнала эха получается при Q отличающемся от нуля и с увеличением во смещается в сторону больших значений Р , "достигая

•Г/4 при 9о = JT/4.

При I// 0 максимум кэ Л 9) наблюдается'при 9 4 О, если

0.524 рад., но при. у = 90 максимум амплитуды эха всегда имеет место при В .•= 0. Условие ^ = Оо соответствует симмет-

' ричному прямоугольному'распределению локальных ОЛН вокруг средней оси. Поэтому "двугорбые" экспериментальные зависимости (см. рис. 3) для шести, восьми и одиннадцатислойних пленок могут соответствовать теоретическим зависимостям только при значительно меньших 90 . А это, в свои очередь, означает, что в этих пленках.несомненно существует два направления преимущественной ориентации локальных ОЛН. Кривые, рассчитанные по формуле (7) путем подбора углов 90- и ^ по наименьшему среднеквадратичному отклонению расчетных кривых от экспериментальных течек, показаны на рис. 3 сплошными линиями. Были исследоваьы угловые зависимости в однослойный пленках /еАкСо , отличающихся толщиной магнитного слоя.' В дэнных пленках максимум, амплитуды сигнала эха наблюдается всегда при 0=0 независимо от толщины исследуемой пленки. Аппроксимация экспериментальных данных: теоретическими кривыми* определяемыми формулой (7), показывает, что и в однослойных пленках также существует две преимущественных направления в распределении локальных ОЛН, симметрично расположенные относительно средней ОЛН пленки.' . ' -

Сравнение угловых зависимостей амплитуды сигнала эха для однослойных и многослойных пленок показывает, что распределение локальных ОЛН происходит по-разному. Если в однослойных пленках с превышением оптимальной толщины происходит резкое увеличение дисперсии локальных ОЛН относительно преимущественных направлений, то в многослойных пленках с превышением оптимальной суммарной толщины происходит увеличение угла между двумя преимущественными направлениями. Сделан вывод о том, что при формировании многослойных магнитных пленок с максимальной амплитудой сигнала эха необходимо, чтобы' толщина каждого магнитного слоя была меньше оптимальной, полученной для однослойной пленки, например, равна половине оптимальной толщины для одного магнитного слоя.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

Результаты работы состоят в еле,дующем.

1. Произведен расчет амплитуды сигнала двухимпульсного эха для тонких ферромагнитных пленок с широкими линиями Я.? ¡три действии радиоимпульсов, спектр которых значительно у:,;е ширины лк-

нии ЯМР, с учетом функции распределения числа ядер по коэффициентам усиления F ( ¡I). На основании данного расчета предложен метод определения функций распределения F (4 ) для тонких многослойных пленок, при помощи которого получена функция распределения Fp(l¿) для кобальтовых пленок. Однослойные и многослойные магнитные пленки кобальта и сплава FelJuCo характеризуются функциями распределения Fp i ty ) одного вида, но с различными параметрами.

2. Исследована форма сигнала эха в кобальтовых пленках при действии длинных радиоимпульсов. Установлено, что рассчитанная форма сигнала эха, слабо зависит от вида используемых функций

F (f¿) и удовлетворительно согласуется с экспериментом. В ферромагнитных пленках кобальта и сплава Fe.fi/i.Co наблюдалась тонкая структура формы сигнала эха, проявляющаяся в том, что при действии на пленки двух длинных равновеликих радиоимпульсов, появляются пики в моменты времени, кратные длительности импульсов:

í' = ío » ¿o - . ío - , где ¿' - время, отсчитываемое от окончання второго импульса; é0 - временной интервал между первым и вторым импульсами.

3. Исследована дисперсия анизотропии локальных осей легкого намагничивания в многослойных пленках кобальта и сплава Fe-ÑiCo . Установлено, что в многослойных кобальтовых пленках существует два преимущественных направления в распределении локальных ОЛН, симметрично расположенных относительно средней ОЛН пленки. Угол метчду данными направлениями увеличивается с ростом числа магнитных слоев. Выяснены закономерности изменений в распределении локальных ОЛН с'увеличением толщины однослойных и многослойных магнитных структур. Если в однослойных пленках с превышением;оптимальной толщины (толщины, при которой амплитуда сигнала эха-максимальна) происходит резкое увеличение дисперсии анизотропии локальных ОЛН, то в многослойных пленках с превышением суммарной оптимальной толщины магнитных слоев в основном происходит увеличение угла между преимущественными направлениями локальных ОЛН.

4. Проведена оптимизация параметров меногослойных пленок' кобальта и сплава FcHlCo по максимальной амплитуде сигнала эха. Выяснено, что оптимальная толщина однослойных пленок кобальта 100 % Со и сплава Fe.bli.Co ( 30 % - 10 % - 60 %), полученных ионпо-плазмецным распылением, оказалась одинаковой и составляет 1200 - IG00QA. Оптимальная толщина многдслойных пленок кобальта равна 4000 А, а пленок Fch/iCo - 2700 А.

Установлено, что формирование многослойных пленок с максимальной амплитудой сигнала эха необходимо проводить с толщиной магнитных слоев меньшей оптимальной для одного магнитного слоя.

5. Определены температурные коэффициенты основных параметров ЯМР в тонких многослойных пленках кобальта и сплава FeÏÏc-Co

з интервале температур от - 60 до + 70 0 С. Выяснено, что в указанном температурном интервале, температурные коэффициенты з пленках имеют малые значения по сравнению, например, с ферроапи-нелями, что дает возможность работы спиновых устройств с использованием указанных пленок без дополнительной термостабилизации.

6. Разработан спиновый резонатор типа лиши зздержхи на отрезке симметричного полоскового волновода для исследования тонких ферромагнитных пленок с широкими линиями ЯМР и использования в устройствах обработки радиосигналов.

7. На основе спинового резонатора разработан широкополосный импульсный спектрометр для измерения основных параметров ЯМР кобальтовых пленок; центральной частоты, ширины линии ЯМР, амплитуды сигнала эха, времени поперечной и продольной релаксаций и др.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нургалиев Т.К., Москалев В.З. Влияние неоднородности коэффициента усиления в магнитсупорядоченных веществах на параметры ядерного спинового эха. Вестник ЛГУ, 1980, ;í 16, с.45 - 51.

2. Апушкинский Е.А., Москалев В.В. 0 функции распределения ядер по коэффициентам усиления в многодоменных магнэтоупорядочен-ных средах. Вестник ЛГУ, 1984, № 10, с. 33 - 38.

3. Kin таг Û.WN, Ccunpße£t 5.J., Ckafíin %И., W^zon. V. И. QnLgíft. ф HHfl SjúrL e-cfoocb in. '{аЛЛйГгаэд/гв-йс. Fe. ]/ Ptuß,. s-éai. soi. (a.), 1Э90, pp SD?-Si s

4. Шавкизилк T.M., Гвалия T,B. Особенности распада свободной индукции в ЯМР многодомекиых ферромагнетиков. Радиоспектроскопия. Пермь, 1937, 17, с. 195 - IS9.

5. Лау,\3нгеяьберг. Датчик с быстрым восстановлением на линии задержи для экспериментов по импульсному ядерному магнитному резонансу. ПНИ, Г" 5, с. 14 - 23, 1974.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАНИЙ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ I. Карманов М.В., Кравцов И.А., Сургучев И.А., Караззез D.H.

Температурная стабильность параметров ЯМР в тонких' магнитных пленках кобальта и его сплава. - Вопросы радиоэлектроники, сер. ТИО, 1986, вып. 3, с. 16 - 20.

2. Сургучев И.А., Кравцов И.А., Каразеев В.Н. Устройство для формирования сигнала спинового эха. A.c. № 1402074 (СССР) от 03.02.88 (ДСП).

3. Сургучев И.А., Кравцов И.А-., Каразеев В.Н., Карманов М.В, Устройство для формирования сигнала спиновиго эха. A.c.

J? 1452309 (СССР) от 15.09.38 (ДСП).

4. Карманов М.В., Кравцов И.А:, Сургучев И.А., Шубаров В.А. Спиновый резонатор в виде линии задержки на основе симметричного микрополоскового волновода. .Еоцросы радиоэлектроники, сер.

' ТПО, 1988, вып. I, с. 3 - 8.

5. Карманов М.В., Кравцов И.А., Сургучев И.А. Определение прра-метров спинового резонатора'с тонкими ферромагнитными пленками. - Вопросы радиоэлектроники, сер. ТПО, 1903, вып. 2, с.182.

6. Карманов И.В., Кравцов И.А., Сургучев И.А. Амплитуда сигнала спинового эха в' спиновом резонаторе типа линии задержки. -Вопросы радиоэлектроники, сер. ТПО, 1988, вып. 3, с. 73- 80.

7. Сургучов И.А., Карманов М.В., Кравцов И.А., Каразеев В.Н., Печенкина Л.Г. Материалы конференции. Акустоэлектронные устройства обработки информации, г. Черкассы, IS88, с. 242 - 243.

8. Москалев В.В., Сургучев И.А. Определение функции распределения числа ядер по коэффициентам усиления для тонких кобальтовых пленок с использованием сигнала спинового эха. Вестник

■ ЛГУ, сер. 4, 1989, вып. I (№.4),, с. 88 - 90.

S. Москалев В.В., Сургучев И.А., Чижик В.И. Теоретическое и экс- ' периментальное изучение формы:,-спинового эха' в//гонких ферромагнитных пленках. - Радиоспектроскопия. Пермский университет, Пермь, 1989, с. 133 - 138.

10. Сургучев И.А., Кравцов И.А., Каразеев В.Н..Карманов .М.В. Устройство для формирования' сигнала спинового эха в тонких ферромагнитных пленках. - A.c. )Г> 1598656 (СССР) от 08.Сб.90 (ДСП). ....

П. Москалев В.В., Сургучев И.А. Изучение угловой дисперсии анизотропии в тонких многослойных магнитных пленках Со импульсным методом ЯМР. Вестник ЛГУ, сер. 1990, вып..4 № 25), с. IG - 22.

^fr

/