Выращивание методом молекулярно-лучевой эпитаксии и изучение свойств метастабильных фаз в гетероструктурах на основе фторидов и металлов на кремнии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ

ВЫРАЩИВАНИЕ МЕТОДОМ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ И ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ МЕТАСТАБИЛЬНЫХ ФАЗ В ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ НА ОСНОВЕ ФТОРИДОВ И МЕТАЛЛОВ

НА КРЕМНИИ

(Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния)

На правах рукописи

КАВЕЕВ Андрей Камильевич

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Н.С. Соколов

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор С.Г. Конников доктор физико-математических наук, профессор П.А. Родный

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

заседании специал , , Физико-

техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая улица, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ.

Защита состоится

часов на

Автореферат разослан « 'У »

2005 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук

С.И. Бахолдин

/¿99У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Как известно, рутиловая структурная модификация МпР2, характерная для объемных кристаллов, представляет собой классический антиферромагнетик с хорошо изученными как магнитными, так и оптическими свойствами. В связи с этим изучение метастабильных структурных фаз этого материала представляет значительный интерес как с точки зрения фундаментальных исследований в области гетероэпитаксии, так и связи магнитных и оптических свойств материалов с их структурой. В предлагаемой диссертационной работе впервые исследован эффект гетероэпитаксиальной стабилизации метастабильной ромбической структурной модификации МпР2 и а также флюоритовой

модификации МпР2. Кристаллическая структура, электронные и люминесцентные свойства этих модификаций исследованы с помощью разнообразных методик. Ромбическая структура обладает высоким кристаллическим качеством и представляет собой новый материал, обладающий интересными физическими свойствами.

Эпитаксиальные гетероструктуры на основе металлов и фторидов, в частности Со-СаР2 и Со-МпР2, впервые полученные и изученные в данной работе, представляют интерес с точки зрения применения в магнитоэлектронике, а также изучения фундаментальных проблем магнетизма. В слоях и наноструктурах на основе ферромагнетиков, а также в системах ферромагнетик-антиферромагнетик обнаружен ряд интересных физических эффектов, в том числе эффекты гигантского магнитоспротивления и обменного смещения. В настоящее время эти эффекты находят широкое применение в области цифровых технологий. На их основе возможна разработка новых высокоплотных магнитных носителей информации, а также считывающих устройств с использованием спиновых клапанов.

В диссертационной работе также были выращены и исследованы легированные редкоземельными ионами эпитаксиальные слои фторидов цинка и кадмия, являющиеся широкозонными материалами с ярко выраженными полупроводниковыми свойствами3. Эффективная люминесценция в сочетании с высокими достижимыми концентрациями свободных электронов делает эти материалы многообещающими соединениями для создания электролюминесцентных приборов.

Исходя из вышеизложенного, тема представленной диссертации является весьма актуальной, имеется достаточно оснований рассматривать практическое применение гетероструктур на основе указанных материалов.

Целью работы является исследование процессов эпитаксиального роста и изучение свойств стабильных и метастабильных фаз в гетероструктурах на основе MnF2, ZnF2 и CdF2, а также Со и Ni на Si(lll) и Si(001) с использованием буферного слоя CaF2.

Научная новизна и практическая значимость

Новизна проведенной работы состоит в получении и проведении комплексных исследований структурных, магнитных и оптических свойств новых материалов и гетероструктур на основе MnF2 и ZnF2. Впервые изучены режимы роста и свойства гетероэпитаксиальных пар Co-CaF2 и Co-MnF2. На подложках кремния с поверхностью (111) и (001) с использованием буферного слоя CaF2 впервые продемонстрирован эффект гетероэпитаксиальной стабилизации ромбической модификации MnF2 и ZnF2 со структурой типа а-РЮ2. Толщина эпитаксиальных слоев MnF2 и ZnF2 при этом может достигать микрона и более, что существенно больше толщин, характерных для изученных ранее эпитаксиально стабилизированных метастабильных фаз. Тщательно исследована морфология поверхности слоев MnF2 и ZnF2, показана ее существенная зависимость от условий эпитаксиального роста. Кроме того, изучены неизвестные ранее особенности кристаллической структуры на начальных стадиях роста MnF2 на поверхности (111) CaF2. Впервые исследована зависимость фотолюминесцентных свойств MnF2 и ZnF2 от кристаллической структуры этих материалов. Изучена возможность получения проводящих эпитаксиальных слоев на основе ZnF2 и CdF2, легированных редкоземельными ионами.

Впервые изучена метастабильная ГЦК структура Со на подложках Si(001) и Si(l 11) с использованием буферного слоя CaF2. В зависимости от режимов роста возможно получение эпитаксиальных слоев, имеющих разнообразную контролируемую морфологию поверхности. Показано, что в прямой зависимости от морфологии находятся магнито-оптические свойства эпитаксиальной пары Co-CaF2. Проведено сравнение кристаллических структур Co/CaF2(l 10) и Ni/CaF2(l 10).

Основные положения, выносимые на защиту

• В процессе эпитаксиального роста MnF2, имеющего в объемных кристаллах структуру типа рутила, на подложках Si возможно формирование двух его метастабильных кристаллических модификаций: флюоритоподобной кубической, наблюдаемой на начальных стадиях роста, и ромбической со структурой типа а-РЮ2. При этом кубическая модификация доминирует до толщин 3-4 монослоя, а затем переходит в ромбическую, которая остается преобладающей вплоть до толщин более 1 микрона.

4

• В слоях ZnF2 на Si эффект гетероэпитаксиальной стабилизации выражен менее ярко, что в некоторых случаях может проявляться в одновременном сосуществовании метастабильной ромбической и стабильной тетрагональной фаз. Путем легирования в процессе выращивания ионами Sm3+ и Ег эпитаксиальные пленки ZnF2 (а также CdF2) могут быть превращены из широкозонных диэлектриков в полупроводники n-типа с минимальным удельным сопротивленем, не превышающим единиц Ом см.

• В слоях метастабильной ромбической фазы MnF2 и ZnF2 ионы Sm3+ образуют новые, характерные для этой фазы центры люминесценции. В проводящих слоях ZnF2 доминирует центр люминесценции Sm3+, в котором компенсация избыточного положительного заряда осуществляется за счет электрона проводимости, в отличие от остальных центров, имеющих в качестве компенсатора ион фтора. В ромбической кристаллической структуре MnF2, также как и в рутиловой, наблюдается эффективный механизм передачи энергии фотонов трехвалентным примесям за счет зарождения и релаксации экситонов. Вид спектров собственной фотолюминесценции ромбической модификации MnF2, а также рентгенодифракционные измерения указывают на ее антиферромагнитную природу.

• Кобальт на подложках кремния с буферным слоем CaF2 кристаллизуется в метастабильной кубической гранецентрированной структуре с ориентацией основных кристаллографических осей параллельно соответствующим направлениям фторида кальция. Путем выбора условий роста могут быть получены массивы упорядоченных наночастиц, квазиодномерные структуры, а также сплошные эпитаксиальные слои кобальта.

• В эпитаксиальных слоях кобальта на буферном слое CaF2(110) наблюдается существенная анизотропия магнитных свойств, обусловленная особенностями их морфологии. Наблюдаемое интерференционное усиление магнитооптического эффекта Керра в гетероструктурах Co/CaF2/Si позволяет существенно расширить область применимости этой методики для изучения магнитных свойств ферромагнитных наноструктур.

Апробация работы

Материал диссертационной работы докладывался и обсуждался на

следующих международных конференциях: ICSFS-10, Princeton, 2000;

ICMAT (IUMRS-ICA) Singapore, 2001, 2003, 2005; Symposium on

Nanostructures: Physics and Technology, St. Petersburg, 2002, 2004, 2005; 5lh

Seminar on Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology, St. Petersburg, 2002; MBE-12, San Francisco, 2002; ICL-02, Budapest, 2002; AMN-1, Wellington, 2003; 14th Symposium on Dynamical Processes in Excited States of Solids, Christchurch, 2003; Seminar ELETTRA, Trieste, 2003, 2004; XII-th Feofilov symposium on spectroscopy of crystals activated by rare earth and transition metal ions, Ekaterinburg, 2004; AMN-2, Queenstown, 2005; ICFSI-10, Aix-en-Provence, 2005, ECOSS-23, Berlin, 2005; ODPO-8, Sochi, 2005; SILS-XIII, Modena, 2005.

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 11 печатных работах, перечень которых представлен в конце автореферата, а также в тезисах указанных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 135 страниц печатного текста, 151 рисунок и список литературы из 187 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель работы и изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава представляет собой обзор современного состояния направления физики, связанного с эпитаксиальными фторидами и металлами группы железа. Описаны физические свойства используемых в работе материалов, и обоснован их выбор для изучения их эпитаксиального роста на Si. Приведена кристаллическая структура стабильных и метастабильных структурных модификаций этих веществ. Подробно рассмотрены электронные свойства4 объемных кристаллов MnF2 и описан механизм передачи энергии путем возбуждения и релаксации свободных экситонов в этих кристаллах5. Дан обзор эпитаксии MnF2, ZnF2 и CdF2 на различных подложках. Отдельно затронут вопрос применения ферромагнитных и антиферромагнитных эпитаксиальных пленок в области цифровых технологий. По всем описанным направлениям приведен подробный обзор литературы.

Во второй главе кратко рассмотрены основные экспериментальные методики, примененные в работе. Описана использованная в данной работе установка для молекулярно-лучевой эпитаксии, а также применявшиеся методы характеризации образцов, такие как дифракция быстрых (ДБЭ) и медленных (ДМЭ) электронов, фотоэлектронная спектроскопия (ФЭС) с

1000 I 800

В

I 600

1 400

I 200 0

40

80

29 „(degree)

120

применением синхротронного излучения, рентгеновский дифракционный анализ (РДА), фотолюминесценция (ФЛ), атомно-силовая микроскопия (АСМ), магнито-оптический эффект Керра (МОЭК), а также некоторые другие методики. Уделено необходимое внимание физико-химической подготовке подложек кремния.

Третья глава посвящена особенностям процессов эпи-таксиального выращивания и изучению свойств эпи-таксиальных слоев MnF2 на подложках кремния с различной ориентацией поверхности. Показано, что с помощью гетероэпитаксии возможно выращивание кристаллических слоев одного и того же вещества, имеющего различные, в том числе и метастабильные структурные модификации в зависимости от подложки и характера буферного слоя. В данной главе подробно рассмотрены особенности выращивания с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии слоев MnF2 на на подложках Si(001) и Si(111) с использованием буферного слоя CaF2. Данные рентгенодифракционного анализа и ДБЭ (см. Рис. 1) показывают, что с помощью гетероэпитаксии впервые стабилизирована метастабильная в нормальных условиях ромбическая структурная модификация фторида марганца типа а-РЬСЬ, ранее получаемая в объемных поликристаллах только при приложении высоких давлений, до 150 кБар6. Критическая толщина эпитаксиальных слоев ромбической модификации MnF2 без существенного снижения кристаллического качества может достигать 1.5 мкм. Таким образом создан новый материал, привлекательный как с точки зрения изучения его структуры, так и оптических и магнитных свойств. С помощью рентгенодифракционных измерений в асимметричной Брэгговской геометрии определены эпитаксиальные соотношения для данной структурной модификации относительно подложки кремния. Посредством анализа профилей распределения интенсивности на картинах ДБЭ продемонстрирована возможность определения эпитаксиальных соотношений независимо от методики РДА, а также проведена оценка величины остаточной деформации эпитаксиального слоя MnF2.

Рис.1. Кривая рентгенодифракционного сканирования в режиме 8-20 слоя МпР2 толщиной 200 нм, выращенного на поверхности СаИгОЮ) при температуре 400°С.

Характер эпитаксиального роста MnF2 на кремнии определяется температурой подложки, а также морфологией поверхности буферного слоя CaF2, имеющего кристаллическую структуру типа флюорита. На поверхности (001) Si возможно выделить два основных режима роста CaF2, высоко- и низкотемпературный7. В первом случае, при температурах роста, превышающих 650°С, происходит химическая реакция на интерфейсе и формируется смачивающий слой, на котором при дальнейшем нанесении материала образуются длинные "гофры" CaF2 длиной несколько микрон, определяющие анизотропию его морфологии. "Гофры" огранены плоскостями {111}, и имеют плоскость (ПО), параллельную интерфейсу с кремнием. Фторид марганца, будучи нанесен на такой буферный слой, формирует ромбическую кристаллическую структуру. Морфология поверхности полученного слоя исследована с помощью методики АСМ. При температуре подложки 500-600°С выращены четко фасетированные микрокристаллы MnF2, имеющие характерный размер несколько микрон. С помощью методик РДА, АСМ и ДБЭ идентифицированы грани этих микрокристаллов (см. Рис. 2). Выяснено, что микрокристаллы могут располагаться на буферном слое двумя способами, отличающимися разворотом кристаллита на 180° вокруг вертикальной оси. С точки зрения кристаллографии это означает разворот оси с элементарной ячейки на 180° в плоскости (110). При понижении температуры роста MnF2 кристаллиты уменьшаются в размерах и выполаживаются за счет появления огранки плоскостью (1 Ю), параллельной интерфейсу с кремнием.

Рис 2 Огранка микрокристаллитов ромбической структурной модификации MnF2 при выращивании на гофрированном высокотемпературном буферном слое CaF2/Si(001)

В случае выращивания при пониженных температурах (менее 500°С) буферный слой CaF2 формируется из срастающихся четырехгранных пирамидок, фасетированных поверхностями {111} и имеющих плоскость (001), параллельную интерфейсу с кремнием. При быстром термическом отжиге данного слоя происходит выглаживание

пирамидального рельефа с образованием достаточно широких террас, имеющих поверхность (001), менее выгодную энергетически, чем поверхность (111). На таком буферном слое фторид марганца растет в виде близко расположенных друг к другу островков, имеющих характерный латеральный размер около 200 нм, высоту 50-60 нм и плоскости (100) и (010), параллельные интерфейсу с кремнием.

Наконец, при выращивании на планарном буферном слое CaF2(lll)/Si(lll) слои фторида марганца образуют шесть структурных доменов, связанных с несовпадением порядков симметрии плоскостей р MnF2(1l0) и CaF2(111) (2-й и 3-й соответственно). Эпитаксиальный слой

состоит из островков, характерный размер которых увеличивается с увеличением температуры роста (до 2 микрон при 500°С). * Подробно исследована начальная стадия роста MnF2 на

поверхности (111) фторида кальция. Эта стадия имеет существенные особенности структуры. Сочетание таких поверхностно-чувствительных методик исследования, как дифрактометрия быстрых и медленных электронов, а также фотоэлектронная дифрактометрия, свидетельствует о гетероэпитаксиальной стабилизации флюоритоподобного кристаллического окружения в первых трех монослоях MnF2, составляющих как часть гетероструктуры MnF2/CaF2/Si(l 11), так и подслой каждого периода короткопериодных сверхрешеток (CP) MnF2 - CaF2.

Для реперных измерений люминесцентных и электронных свойств MnF2 на кремнии выращивались образцы, имеющие рутиловую кристаллическую структуру MnF2, при использовании в качестве буфера аморфного слоя Si02 или поликристаллического слоя MgF2.

Фотолюминесцентные свойства фторида марганца подробно исследованы с помощью обычной оптической, а также лазерной спектроскопии. Выяснено влияние кристаллической структуры на экситонную ФЛ MnF2, проявляющееся в сдвиге фононной полосы, а также края поглощения в коротковолновую область для ромбической структуры. Исходя из наличия пиков, связанных с электро-дипольными переходами в сходных спектрах ФЛ как рутиловой, так и ромбической структуры, связанных с образованием магнонов, можно было с достаточной уверенностью предположить, что ромбическая структурная модификация MnF2 является антиферромагнетиком, также как и стабильная рутиловая фаза. В эпитаксиальных слоях ромбической фазы MnF2:Sm обнаружены характерные для этой фазы оптические излучательные центры Sm3+ (см. Рис. 3), в которых компенсация избыточного положительного заряда осуществляется отрицательно заряженным междоузельным ионом F", расположенным вдоль направлений <100> и <010>. С помощью методики РДА высокого разрешения измерена температурная зависимость параметра

а решетки элементарной ячейки а-РЬ02 фторида марганца. Это позволило оценить температуру Нееля как Тм=60-65 К, что близко к значению 67.3 К, известному8 для рутиловой кристаллической структуры.

Четвертая глава посвящена особенностям выращивания методом молекулярно-

лучевой эпитаксии гетеро-структур на основе и

СсН^ на кремнии, исследованию кристаллической структуры полученных эпи-таксиальных слоев, а также их полупроводниковых и люминесцентных свойств. На подложках 81(001) и 81(111) с использованием буферного слоя СаР2 эпитаксиально выращены слои 2пР2 толщиной до 1 мкм. Данные рент-генодифракционного анализа показывают, что с помощью гетероэпитаксии впервые стабилизирована, также как и для случая фторида марганца, рассмотренного в Гл. 3, метастабильная в нормальных условиях ромбическая структурная модификация фторида цинка типа а-РЬ02, нового материала, представляющего интерес как с точки зрения изучения его структуры, так и оптических и электрофизических свойств. Вместе с тем, при эпитаксиальном росте на кремнии фторид цинка может образовывать и характерную для объемных кристаллов рутиловую кристаллическую модификацию. В зависимости от ориентации ростовой поверхности буферного слоя эта модификация может расти как самостоятельно, так и в сосуществовании с полиморфной ей ромбической модификацией. С помощью рентгенодифракционных измерений в асимметричной Брэгговской геометрии, а также дифрактометрии быстрых электронов определены эпитаксиальные соотношения для обеих структурных модификаций. Ромбическая кристаллическая структура фторида цинка имеет преимущественно те же эпитаксиальные соотношения, что и данная структура у фторида марганца, выращенного в аналогичных условиях.

т=5к

PL Wavelength, nm

Рис 3 Комбинированные спектры ФЛ возбуждения ФЛ ионов Sm1+ в гетероструктуре MnF2 Sm(100nm)/CaF2/Si(001) в области переходов 4G5/2-''H7/2 (люминесценция) и 6H5/2-4G5/2 (возбуждение люминесценции)

Процесс гетероэпитаксиальной стабилизации метастабильных структурных модификаций МпР2 и 7пР2 рассмотрен в рамках термодинамического подхода. При этом обсуждается причина более эффективной стабилизации ромбической модификации МпР2. Условия эпитаксиального роста Ъп¥2 находятся ближе к условиям динамического равновесия между выращиваемым слоем и молекулярным пучком, так как в данном случае реиспарение материала с подложки весьма заметно уже при температуре 420-450°С. Далее, поскольку условия роста материалов существенно отличаются от равновесных, разумно предположить одновременное образование зародышей как стабильной, так и метастабильной фаз. Выращиваемый материал должен перераспределяться между этими фазами в пользу более термодинамически стабильной фазы в силу диффузии молекул по поверхности. В итоге скорость роста рутиловой кристаллической структуры гпР2 более высокая, чем скорость роста ромбической, что подтверждается результатами экспериментов (наиболее ярко это проявляется при выращивании гетероструктур гпР2/81(111)). Кроме того, ббльшие значения температур плавления и сублимации для МпР2 свидетельствуют о том, что свободная энергия поверхности МпР2 выше таковой для 2пР2. Таким образом, следует ожидать, что энергетический барьер между термодинамический стабильной рутиловой и метастабильной ромбической фазами фторида марганца также будет выше.

Путем легирования в процессе выращивания ионами редкоземельных элементов (в данной работе - 8т3+) эпитаксиальные пленки фторидов цинка и кадмия превращены из широкозонных диэлектриков в полупроводники п-типа со значениями удельного сопротивления, не превышающими единиц-десятков Ом см, что в сочетании с их яркими люминесцентными свойствами делает данные материалы привлекательными для изготовления электролюминесцентных приборов на их основе. Предполагаемый упрощенный механизм конверсии Хп¥2 и СйР2 в полупроводники следующий. При легировании трифторидом трехвалентный ион встраивается в выращиваемый кристалл как примесь замещения на место иона цинка или кадмия. Общая электронейтральность обеспечивается за счет межузельного иона фтора. При нагревании образца в процессе роста этот межузельный фтор испаряется в вакуум, и в месте встраивания трехвалентного иона образуется область нескомпен-сированного положительного заряда, представляющая собой кулоновский центр притяжения. Этот центр будет притягивать требуемый для электронейтральности электрон (например, из подложки). Далее за счет большего значения электроотрицательности у кадмия и цинка по сравненю с кальцием притянутый электрон не локализуется на свободной ^орбитали эрбия или самария, как это случилось бы при легировании редкоземельной

примесью слоев СаР2, а обобществляется ближайшими соседними для редкоземельной примеси ионами. Энергия связи такого электрона - около 0.1 эВ. Эта величина достаточно мала для отрыва электрона и его перемещения по зоне проводимости даже при комнатной температуре. При легировании металлическим эрбием механизм - сходный, однако кулоновский центр притяжения образуется сразу, т. к. отсутствует межузельный фтор. Вместе с тем при достаточно больших концентрациях самария возможно образование примесной зоны.

Фотолюминесцентные свойства фторида цинка подробно исследованы с помощью методики лазерной спектроскопии. Также, как и для случая фторида марганца, обнаружено несколько типов центров ФЛ. Однако в данном случае, помимо двух центров, в которых компенсация избыточного заряда осуществляется междоузельными ионами фтора, и аналогичных центрам, обнаруженным в ромбической модификации МпР2, наблюдается характерный только для 7м¥2 центр люминесценции, в котором компенсация заряда осуществляется электроном, обобществленным между 8т3+ и ближайшими ионами . Таким образом вид спектров люминесценции зависит от состава легирующего молекулярного пучка: металлического самария, либо БтРз.

Пятая глава посвящена изучению процессов роста, структуры и магнитных свойств слоев кобальта на Бь Образование СовЬ при выращивании кобальта непосредственно на кремнии9 приводит к необходимости использования буферного слоя. В данной работе методом молекулярно-лучевой эпитаксии выращены эпитаксиальные слои кобальта на подложках 81(001) и 81(111) с использованием буферного слоя СаР2. Толщина слоев варировалась от 1 до 40 нм. В зависимости от морфологии поверхности буферного слоя и режимов роста материалов возможно получение как сплошных пленок, так и нитевидных структур либо изолированных наночастиц кобальта. Данные РДА, РФЭС и ДБЭ показывают, что кобальт наследует ГЦК структуру фторида кальция и имеет аналогичные эпитаксиальные соотношения с кремнием. ГЦК структура является для кобальта метастабильной в нормальных условиях и в данном случае стабилизируется с помощью гетероэпитаксии. Сочетание ферромагнитного кобальта с прозрачным диэлектриком СаР2 является новым и представляет несомненный интерес с точки зрения изучения магнитных и магнито-оптических свойств этой структуры. Для сравнения особенностей роста и кристаллической структуры на СаР2 были нанесены эпитаксиальные слои никеля. Измерения ДБЭ показали, что никель, как и кобальт, образует ГЦК кристаллическую структуру. Однако, в отличие от

кобальта, эта структура является стабильной в объемных кристаллах при нормальных условиях.

Гетероструктура Со/СаР2(110)/81(001) с гофрированной поверхностью буферного слоя представляет собой новый интересный объект, обладающий выраженной анизотропией магнитных свойств. В данной гетероструктуре кобальт располагается в канавках между гофрами в виде близко расположенных островков (см. Рис. 4 (а)) и в зависимости от температуры роста и величины покрытия может образовывать как нитевидные, так и более сплбшные анизотропные структуры. С помощью измерений магнитно-циркулярного дихроизма выявлена преимущественная одноосная анизотропия магнитных свойств в слоях кобальта. Существенный сигнал дихроизма (см. Рис. 4 (б)) наблюдается при намагничивании образца вдоль гофр буферного слоя. Анизотропия магнитных свойств также подтверждается измерениями магнитооптического меридионального эффекта Керра. Было выяснено, что легкая ось намагничивания направлена вдоль гофр буферного слоя и определяется морфологической анизотропией слоя кобальта, однако может иметь разброс направлений в пределах 0-30°. Причина этого - разброс местоположения островков в канавках между гофрами при увеличении покрытия слоем кобальта и различной температуре роста. При этом система отклоняется от приближения моделью идеальной одноосной

Рис 4 Характерная морфология поверхности (а), (размеры скана 600x600x20 нм) и циркулярно-поляризованные спектры рентгеновского поглощения, а также сигнал дихроизма (б) для гетероструктуры Со/СаР2( 110)/8|

[1

(а)

(б)

анизотропии. Помимо описанной системы, на гофрированном буферном слое СаР2 была эпитаксиально выращена и охарактеризована гетероэпитаксиальная пара Со-МпР2, представляющая интерес с точки зрения изучения эффекта обменного смещения.

В гетероструктурах Со/СаР2(111)/8!(111) с планарным буфером также наблюдаются полярный, меридиональный и экваториальный эффекты Керра. Величина полярного эффекта для таких структур более, чем в три раза превосходит величину, характерную для объемных кристаллов кобальта в силу интерференционного усиления сигнала в гетероструктурах с прозрачным буферным слоем. Показано, что моделирование эффекта путем суммирования амплитуд отражения на планарных интерфейсах качественно описывает исследуемую систему. Интерференционное усиление сигнала можно использовать для изучения магнитных свойств наноразмерных структур.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

• Структурные исследования эпитаксиальных слоев МпР2, выращенных на подложках с использованием буферного слоя СаР2, показали наличие эффективной эпитаксиальной стабилизации метастабильных в объемных кристаллах фаз фторида марганца.

• На начальных стадиях роста МпР2 на поверхности СаР2(Ш) обнаружено формирование метастабильного флюоритоподобного кристаллического окружения, которое при увеличении толщины слоя до 3-4 монослоев переходит в ромбическую кристаллическую фазу со структурой типа а-РЮ2.

• Показано, что критическая толщина стабилизации ромбической фазы МпР2 в ряде случаев превышает 1-1.5 микрона, что значительно превосходит соответствующую величину для ранее изученных систем.

• Продемонстрирована возможность выращивания эпитаксиально упорядоченных микрокристаллов ромбической фазы МпР2 с размерами, превышающими 1 микрон. С помощью измерений рентгеновской дифракции и дифракции быстрых электронов, а также атомно-силовой микроскопии установлены эпитаксиальные соотношения на гетерогранице МпР2/СаР2 и идентифицирована огранка микрокристаллов, выращенных на гофрированном буферном слое СаР2.

• Показано, что в эпитаксиальных слоях 7пР2 в ряде случаев помимо метастабильной ромбической фазы также формируется и стабильная тетрагональная фаза. Проведенное термодинамическое рассмотрение позволяет объяснить это явление, а также сопоставить эффективность эпитаксиальной стабилизации в системах МпР2/СаР2 и 2пР2/СаР2.

• Впервые исследованы фотолюминесцентные свойства ромбической структуры МпР2 и 7мР2- Вид спектров экситонной фотолюминесценции ромбической фазы МпР2 указывает на антиферромагнитную природу этой фазы. Измерение температурной зависимости постоянных решетки с помощью рентгеновской дифрактометрии позволило оценить температуру Нееля данной фазы как близкую к значению, известному для тетрагональной фазы.

• При легировании самарием эпитаксиальных слоев МпР2 и 2п¥2, имеющих ромбическую структуру, обнаружено два типа излучательных центров, характерных для этой фазы и имеющих в качестве компенсатора избыточного положительного заряда ион фтора. Помимо этого в слоях 2пР2 обнаружен дополнительный тип центров, имеющий в качестве компенсатора электрон, заряд которого распределен между ионом самария и ближайшими катионами.

• Путем легирования в процессе выращивания ионами 8тп3+ и Ег3+ эпитаксиальные пленки 2пР2 и Сс1Р2 превращены из широкозонных диэлектриков в полупроводники п-типа с минимальным удельным сопротивлением, не превышающим единиц Омсм.

• Метастабильная в объемных кристаллах ГЦК структура Со стабилизирована на подложках 81(001) и 81(111) с использованием буферного слоя СаР2. Ориентации кристаллических решеток Со и СаР2 совпадают. Показано, что в зависимости от морфологии поверхности буферного слоя и режимов роста материалов возможно получение как сплошных пленок, так и нитевидных наноструктур.

• Выявлена преимущественная одноосная анизотропия магнитных свойств кобальта в гетероструктуре Со/СаР2(110)/81(001). Легкая ось намагничивания направлена вдоль гофр буферного слоя и определяется морфологической анизотропией слоя Со. Показано, что величина полярного эффекта Керра для структуры Со/СаР2(111)/81(111) с пленарным буфером более чем в три раза превосходит величину, характерную для объемных кристаллов кобальта, в силу интерференционного усиления в гетероструктурах с прозрачным буферным слоем.

В заключение автор благодарит всех сотрудников лаборатории А. А. Каплянского, оказавших неоценимую помощь при выполнении данной работы: научного руководителя Н. С. Соколова за постановку ряда интересных задач и обсуждение результатов работы, А. Г. Банщикова, Н. Л. Яковлева и С. М. Сутурина за ценные консультации и советы по технологии молекулярно-лучевой эпитаксии, А. Баланева, Л. Швец, Т. Б. Попову и Е. А. Исаченкову - за помощь в проведении экспериментов. Часть

работы, связанная с изучением ФЛ эпитаксиальных слоев, была выполнена во взаимодействии С. В. Гастевым частично во время его командировки в Кентерберийский Университет г. Крайстчерч, а измерения магнитооптического эффекта Керра - с Б. Б. Кричевцовым. Автор выражает благодарность Р. Н. Кютту и Н. Ф. Картенко за консультации по ряду вопросов и эффективную совместную работу, связанную с рентгено-дифракционным анализом. Исследования РФЭС были проведены совместно с итальянскими коллегами L. Pasquali, S. Nannarone, М. Montekki и В. Doyle во время ряда плодотворных командировок в г. Триест. Автор также благодарен В. П. Улину за ряд обсуждений и ценных комментариев относительно данной работы, и О. В. Анисимову, принимавшему участие в экспериментах по эпитаксиальному выращиванию слоев MnF2.

Основные результаты опубликованы в следующих печатных работах

1. A.K.Kaveev, R.N.Kyutt, M.M.Moisseeva, L.J.Showalter, Yu.V.Shusterman, N.S.Sokolov, S.M.Suturin, N.L.Yakovlev "Molecular beam epitaxy and characterisation of CdF2 layers on CaF2(l 11)", J. Cryst. Growth, 201/202 (1999) 1105-1108.

2. А.К.Кавеев, М.М.Моисеева, Н.С.Соколов, "Эпитаксиальное выращивание проводящих слоев CdF2:Er", Письма в ЖТФ, Том. 28, вып. 6 (2002) 75-80 (Tech. Phys. Lett., 28/3, 2002,250-252).

3. А. К. Кавеев, Н. С. Соколов, "Выращивание и рентгеноструктурные исследования эпитаксиальных слоев ZnF2 на Si", Научно-технические ведомости СПбГТУ, 2, (2003), 185-188.

4. K.R. Hoffman, S.V. Gastev, А.К. Kaveev, N.S. Sokolov, and R.J. Reeves, "Optically Probing the Crystalline Phases of MnF2 and ZnF2 utilizing Sm3+ defect ions", J. Lumin., 108,11-4 (2004) 25-30.

5. S.V. Gastev, K.R. Hoffman, A.K. Kaveev, R.J. Reeves and N.S. Sokolov, "Laser spectroscopy of epitaxial manganese and zinc fluoride films on silicon", J. Cryst. Growth, 268 (2004) 536-542.

6. A. G. Banshchikov, N. F. Kartenko, A. K. Kaveev, M. M. Moisseeva and N. S. Sokolov, "Growth and structural characterization of ZnF2 epitaxial layers on Si", Proc. of 10th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 17-21, (2002), p. 22.

7. L. Pasquali, G. Selvaggi, M. Montecchi, A. Banshchikov, A. Kaveev, S. Suturin, N. Sokolov et al. "X-ray absorption and reflectivity studies of MnF2 initial growth on CaF2/Si(l 11)", Proc. of 12th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 2125, (2004), p. 48.

8. A.K.Kaveev, O.V.Anisimov, A.G.Banshchikov, N.F.Kartenko, N.S.Sokolov, V.P.Ulin, N.L.Yakovlev, "Epitaxial growth on silicon and characterization of MnF2 and ZnF2 layers with metastable orthorhombic structure", J. Appl. Phys, 98 (1), 013519, (2005).

9. K.M.Pavlov, Ya.I.Nesterets, C.M.Kewish, J.R.Hester, A.K.Kaveev, N.S.Sokolov, H.Ofuchi, M.Tabuchi, Y.Takeda, "Cobalt nanostructures grown by MBE on CaF2: RHEED, X-ray diffraction and EXAFS studies", Proc. of 13th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" St. Petersburg, Russia, June 20-25, (2005), p. 330.

10. N.L.Yakovlev, A.Balanev, A.K.Kaveev, B.B.Krichevtsov, N.S.Sokolov, J.Camarero and R. Miranda, "Magneto-optical studies of epitaxial cobalt films on CaF2/Si", Proc. of 13th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" St. Petersburg, Russia, June 20-25, (2005), p. 302.

11. A.K. Kaveev, R.N. Kyutt, N.S. Sokolov, M. Tabuchi, and Y. Takeda, "MBE growth and structural characterization of MnF2-CaF2 short-period superlattices on Si(l 11)", Proc. of 13th Int. Symposium "Nanostructures: Physics and Technology" St. Petersburg, Russia, June 20-25, (2005), p. 324.

Список цитируемой литературы

1 Ч. Киттель, "Введение в физику твердого тела", М. Наука, (1978), стр. 543.

2 R. Dietz, A. Meixner, Н. Guggenheim, A. Misetich, Phys. Rev. Lett., 21, 1067 (1968).

3 R.P.Khosla, Phys.Rev. 183, 3,695 (1969).

4 В. Kowalski, V. Chab, В. Orlowski, Phys. Rev. B, 36 (14), 7642 (1987).

5 R. Greene, D. Sell, R. Feigelson, G. Imbusch, H. Guggenheim, Phys.Rev, 171, 600(1968).

6 JI. Литягина, С. Кабалкина, Л. Верещагин, ЖЭТФ, 62 (2), 669 (1972).

7N. Sokolov, S. Suturin, Appl. Surf. Sei., 175-176, 619 (2001).

8 P. Heller, Phys. Rev., 146,403 (1966).

9 Y. Tsuchiya, A. Tobioka, O. Nakatsuka, H. Ikeda etc, Jpn. J. Appl. Phys., 41, 2450 (2002).

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 15.09.2005. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100. Заказ 74Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом Типографском Центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29.

6 8 6t,

РНБ Русский фонд

2006-4 12554

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Эпитаксиальные диэлектрики

1.2. Свойства объемных кристаллов МпРг и

1.3. Свойства объемных кристаллов Сс1Рг

1.4. Эпитаксиальное выращивание МпР2,1^2 и С<ЗР2 на различных подложках

1.5. Применение ферромагнитных и антиферромагнитных эпитаксиальных пленок в области цифровых технологий

1.6. Свойства объемных кристаллов и эпитаксиальных пленок кобальта и никеля

Глава 2. Подготовка образцов и экспериментальные методики

2.1. Физико-химическая подготовка подложек и СаРг

2.2. Установка для молекулярно-лучевой эпитаксии

2.3. Дифракция быстрых электронов

2.4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

2.5. Прочие методики, используемые в работе

Глава 3. Изучение процессов роста и свойств эпитаксиальных слоев МпРг на

3.1. Буферные слои СаРг на кремнии

3.1.1. Анизотропный рельеф поверхности СаРг(110)

3.1.2. Выглаживание поверхности СаРг(001) с помощью быстрого термического отжига

3.1.3. Планарная поверхность СаРг(111), способы получения

3.2. Эффект гетероэпитаксиальной стабилизации ромбической кристаллической модификации типа а-РЬОг фторида марганца

3.2.1. Фасетированные нано- и микрокристаллы МпРг на анизотропной поверхности (110).буферного слоя СаР

3.2.2. Наноразмерные островки на поверхности (001) буферного слоя СаРг

3.2.3. Особенности роста толстых слоев МпРг на поверхности (111) буферного слоя СаРг

3.3. Формирование флюоритоподобного окружения на начальных стадиях роста фторида марганца на поверхности (111) буферного слоя СаРг

3.3.1. Осцилляции зеркального рефлекса ДБЭ

3.3.2. Результаты измерений ДМЭ

3.3.3. Исследование фотоэлектронной эмиссии и поглощения в слоях МпРг/СаРг(111)

3.3.4. Результаты измерений фотоэлектронной дифракции

3.3.5. Исследование кристаллической структуры фторида марганца в короткопериодных сверхрешетках на основе МпРг-СаРг

3.4. Пленки МпРг с кристаллической структурой типа рутила, выращенные на кремнии

3.5. Фотолюминесценция ромбической модификации фторида марганца

3.5.1. Особенности фотолюминесценции нелегированных слоев МпРг

3.5.2. Возникновение различных типов центров люминесценции в зависимости от структурной модификации слоя МпРг^тРз/СаРг

3.6. Оценка температуры Нееля ромбической модификации фторида марганца путем анализа температурной зависимости постоянных решетки

Выводы

Глава 4. Эпитаксиальное выращивание и исследование свойств слоев фторидов металлов группы IIb

4.1. Структурные исследования слоев Zr\F2 и CdF

4.1.1. Стабилизация метастабильной ромбической структуры типа а-РЬОг на СаРг(110)

4.1.2. Образование полиморфных структурных модификаций при выращивании на CaF2(001)

4.1.3. Доминирование тетрагональной кристаллической структуры типа рутила при выращивании на CaF2(111)

4.1.4. Эффект выглаживания рельефа поверхности в гетероструктурах CdF2/CaF2(001)

4.2. Исследование полупроводниковых свойств ZnF2 и CdF

4.2.1. Результаты электрозондовой диагностики эпитаксиальных слоев ZnF2:Sm

4.2.2. Результаты электрозондовой диагностики эпитаксиальных слоев CdF2:Er

4.3. Примесные центры ФЛ с участием редкоземельных ионов в слоях ZnF

4.3.1. Возникновение различных центров люминесценции в зависимости от структурной модификации слоя. Различие люминесценции MnF2:SmF3 и ZnF2:SmF

4.3.2. Различие способов компенсации заряда при легировании ZnF2:SmF3 и ZnF2:Sm

4.4. Особенности стабилизации метастабильных структурных модификаций МпРгИ ZnF2C помощью гетероэпитаксии

Выводы

Глава 5. Процессы эпитаксиального роста и свойства наноструктур кобальта на кремнии

5.1. Структурные исследования эпитаксиальных слоев Co/CaF2/Si и Co/MnF2/Si

5.1.1. Со на гофрированном буферном слое CaF

5.1.2. Со на планарной поверхности CaF2(111)

5.1.3. Особенности морфологии эпитаксиальной пары Co-MnF2, нанесенной на гетероструктуру MnF2(110)/CaF2(110)/Si

5.2. Электронные свойства гетероструктур на основе Со

5.2.1. Гетероструткуры Co/CaF2(110)/Si и Co/CaF2(111)/Si. Особенности K-края поглощения

5.2.2. Гетероструктуры Co/MnF2(110)/CaF2(110)/Si

5.2.3. Рентгеновский магнитно-циркулярный дихроизм в гетероструктурах Co/CaF2(110)/Si

5.3. Магнитооптический эффект Керра в гетероструктурах Co/CaF2/Si

5.3.1. Связь магнитооптического эффекта Керра с анизотропией поверхности CaF2(110)

5.3.2. Интерференционное усиление магнитооптического эффекта Керра в гетероструктурах Co/CaF2(111)/Si

Выводы

Актуальность проблемы

С помощью гетероэпитаксиального наращивания тонких пленок на какую-либо подложку возможно формирование в этих пленках кристаллической структуры, метастабильной в объемных кристаллах. В тонких пленках эта структура может быть стабильна в нормальных условиях. Примером осуществленной таким образом гетероэпитаксиальной стабилизации может служить, в частности, псевдоморфный эпитаксиальный слой HoF3, выращенный1 на поверхности Si(111) и имеющий тригональную кристаллическую структуру, стабильную в объемных кристаллах лишь при температурах выше 1070°С. Гетероэпитаксиальная стабилизация ромбической структурной модификации фторидов марганца и цинка впервые исследована в предлагаемой диссертационной работе. Фторид марганца представляет особый интерес для исследований, поскольку его рутиловая структурная модификация, характерная для объемных кристаллов, является классическим антиферромагнетизм с хорошо изученными как магнитными, так и оптическими свойствами. Фторид цинка привлекателен в силу выраженной люминесции при легировании редкоземельными элементами. Кристаллическая структура, электронные и люминесцентные свойства ромбической модификации MnF2 и Zr\F2 исследованы с помощью разнообразных методик. Стабилизированная метастабильная структура обладает высоким кристаллическим качеством и представляет собой новый материал, обладающий интересными физическими свойствами.

Эпитаксиальные пары на основе металлов и фторидов, в частности Co-CaF2 и Co-MnF2, впервые выращенные в данной работе, представляют интерес с точки зрения применения в микроэлектронике. Известно, что в слоях и наноструктурах на основе ферромагнетиков, а также в системах ферромагнетик-антиферромагнетик наблюдается ряд интересных физических эффектов, в том числе эффекты гигантского магнитоспротивления и обменного смещения. На основе этих эффектов возможна разработка новых высокоплотных магнитных носителей информации, а также считывающих устройств на основе спиновых клапанов.

В диссертационной работе также были созданы и изучены легированные редкоземельными ионами эпитаксиальные слои фторидов цинка и кадмия, обладающие полупроводниковыми свойствами. Эффективная люминесценция в сочетании с высокими достижимыми концентрациями свободных электронов делает эти материалы многообещающими соединениями для создания электролюминесцентных приборов.

Исходя из вышеизложенного, тема представленной диссертации является весьма актуальной, имеется достаточно оснований рассматривать практическое применение гетероструктур на основе указанных материалов.

Цель работы, основные задачи

Целью данной работы является исследование процессов эпитаксиального роста и изучение свойств стабильных и метастабильных фаз в гетероструктурах на основе CdF2, MnF2 и ZnF2, а также Со и Ni на Si(111) и Si(001) с использованием буферного слоя CaF2.

Основные задачи, поставленные в данной работе, следующие.

• Исследование процессов роста MnF2 и ZnF2 на подложках кремния с ориентациями (111) и (001) поверхности и нахождение оптимальных режимов роста,

• Исследование морфологии поверхности и кристаллической структуры полученных эпитаксиальных слоев, подробная диагностика возможных метастабильных фаз,

• Выращивание и изучение фотолюминесцентных свойств эпитаксиальных слоев МпРг и 1пр2, легированных самарием,

• Изучение проводимости эпитаксиальных слоев Сс1Рг:Ег и 7пРг:5т,

• Выращивание, изучение кристаллической структуры, электронных и магнитных свойств эпитаксиальных слоев на основе СаР2, Со и N1 на кремнии.

Научная новизна и практическая значимость

Новизна проведенной работы состоит в получении с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии новых материалов на основе МпРг и а также в проведении комплексных исследований структурных, магнитных и оптических свойств этих материалов и гетероструктур на их основе. Впервые изучены режимы роста и свойства гетероэпитаксиальных пар Со-СаРг и Со-МпРг. Ромбическая структурная модификация МпРг и типа а-РЬОг на кремниевых подложках с поверхностью (111) и (001) с использованием буферного слоя СаРг также стабилизирована впервые. Толщина эпитаксиальных слоев МпРг и при этом может достигать микрона и более, что существенно больше толщин, характерных для эпитаксиально стабилизированных метастабильных фаз. Тщательно исследована морфология поверхности слоев МпРг и 1пРг, показана ее существенная зависимость от условий зпитзксиалыюго роста. Кроме того, исследованы неизвестные ранее особенности кристаллической структуры первых монослоев МпРг, нанесенных на поверхность (111) СаРг при комнатной температуре. Впервые исследована зависимость фотолюминесцентных свойств МпР2 и от кристаллической структуры. Исследована возможность получения проводящих эпитаксиальных слоев на основе 2пРг и Сс1р2, легированных редкоземельными ионами.

Метастабильная ГЦК структура Со стабилизирована на подложках 51(001) и 51(111) с использованием буферного слоя СаРг. В зависимости от режимов роста возможно получение эпитаксиальных слоев, имеющих разнообразную контролируемую морфологию поверхности. В прямой зависимости от морфологии находятся магнито-оптические свойства эпитаксиальной пары Со-СаРг. Проведено сравнение кристаллических структур Со/СаР2(110)и№/СаРг(110).

Результаты диссертации являются качественно новыми и интересны как с точки зрения практического применения, так и с точки зрения фундаментальных исследований. Эти результаты не только вносят вклад в разработку новых магнитных носителей информации и электролюминесцентных приборов, но и расширяют понимание процессов стабилизации метастабильных структурных модификаций с помощью гетероэпитаксии, а также влияния структурных переходов на магнитное упорядочение, оптические и электронные свойства исследованных материалов.

Основные положения, выносимые на защиту

• В процессе эпитаксиального роста МпРг, имеющего в объемных кристаллах структуру типа рутила, на подложках Б'! возможно формирование двух его метастабильных кристаллических модификаций: флюоритоподобной кубической, наблюдаемой на начальных стадиях роста, и ромбической со структурой типа а-РЬОг. При этом кубическая модификация доминирует до толщин 3-4 монослоя, а затем переходит в ромбическую, которая остается преобладающей вплоть до толщин более 1 микрона.

• В слоях ZnF2 на Si эффект гетероэпитаксиальной стабилизации выражен менее ярко, что в некоторых случаях может проявляться в одновременном сосуществовании метастабильной ромбической и стабильной тетрагональной фаз. Путем легирования в процессе выращивания ионами Sm3t и Er3t эпитаксиальные пленки 1и?2 (а также CdF2) могут быть превращены из широкозонных диэлектриков в полупроводники п-типа с минимальным удельным сопротивленем, не превышающим единиц Ом -см.

• В слоях метастабильной ромбической фазы MnF2 и ионы Sm3t образуют новые, характерные для этой фазы центры люминесценции. В проводящих слоях 1п?г доминирует центр люминесценции Sm3f, в котором компенсация избыточного положительного заряда осуществляется за счет электрона проводимости, в отличие от остальных центров, имеющих в качестве компенсатора ион фтора. В ромбической кристаллической структуре MnF2, также как и в рутиловой, наблюдается эффективный механизм передачи энергии фотонов трехвалентным примесям за счет возбуждения и релаксации экситонов. Вид спектров собственной фотолюминесценции ромбической модификации MnF2, а также рентгенодифракционные измерения указывают на ее антиферромагнитную природу.

• Кобальт на подложках кремния с буферным слоем CaF2 кристаллизуется в метастабильной кубической гранецентрированной структуре с ориентацией основных кристаллографических осей параллельно соответствующим направлениям фторида кальция. Путем выбора условий роста могут быть получены массивы упорядоченных наночастиц, квазиодномерные структуры, а также сплошные эпитаксиальные слои кобальта.

• В эпитаксиальных слоях кобальта на буферном слое CaF2(110) наблюдается существенная анизотропия магнитных свойств, обусловленная особенностями их морфологии. Наблюдаемое интерференционное усиление магнитооптического эффекта Керра в гетероструктурах Co/CaF2/S¡ позволяет существенно расширить область применимости этой методики для изучения магнитных свойств ферромагнитных наноструктур.

Апробация работы

По результатам диссертации опубликовано 11 печатных работ. Результаты диссертационной работы докладывались более, чем на 20 международных научных конференциях:

• 10:h International Conference on Solid Films and Structures (ICSFS), Princeton, 2000;

• International Conference on Matreials for Advanced Technologies (ICMAT), Singapore, 2001,2003,2005;

• International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology, St. Petersburg, 2002,2004,2005;

• 5;h Seminar on Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology, St. Petersburg, 2002;

• 12th International Conference on Molecular Beam Epitaxy (MBE), San Francisco, 2002;

• 2nd International Conference on Luminescence (ICL), Budapest, 2002;

• International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology (AMN), Wellington, 2003; Queenstown, 2005.

• Symposium on Dynamical Processes in Excited States of Solids (DPC-14, 15), Christchurch, 2003; Shanghai, 2005.

• Seminar ELETTRA, Trieste, 2003,2004;

• Xll-th Feofilov symposium on spectroscopy of crystals activated by rare earth and transition metal ions, Ekaterinburg, 2004;

• 1st Nano-Engineering and Nano-Science Congress, Singapore, July 7-9,2004.

• 10;l1 International Conference on Formation of Structural Interfaces (ICFSI), Aix-en-Provence, 2005;

• 23'd European Conference on Surface Science (ECOSS), Berlin, 2005;

• 8:l1 International Symposium: Order, Disorder and Properties of Oxides (ODPO), Sochi, 2005;

• 13:l1 International Symposium on Itinerant and Localized States (SILS), Modena, 2005.

Перечень публикаций, раскрывающий основное содержание диссертационной работы, представлен в конце диссертационной работы.

Основные результаты и выводы

Проведенные исследования позволяют сформулировать основные результаты работы.

• Структурные исследования эпитаксиальных слоев MnF2, выращенных на подложках Si с использованием буферного слоя CaF2, показали наличие эффективной эпитаксиальной стабилизации метастабильных в объемных кристаллах фаз фторида марганца.

• На начальных стадиях роста MnF2 на поверхности CaF2(111) обнаружено формирование метастабильного флюоритоподобного кристаллического окружения, которое при увеличении толщины слоя до 3-4 монослоев переходит в ромбическую кристаллическую фазу со структурой типа а-РЬ02.

• Показано, что критическая толщина стабилизации ромбической фазы MnF2 в ряде случаев превышает 1-1.5 микрона, что значительно превосходит соответствующую величину для ранее изученных систем.

• Продемонстрирована возможность выращивания эпитаксиально упорядоченных микрокристаллов ромбической фазы MnF2 с размерами, превышающими 1 микрон. С помощью измерений рентгеновской дифракции и дифракции быстрых электронов, а также атомно-силовой микроскопии установлены эпитаксиальные соотношения на гетерогранице MnF2/CaF2 и идентифицирована огранка микрокристаллов, выращенных на гофрированном буферном слое CaF2.

• Показано, что в эпитаксиальных слоях ZnF2 в ряде случаев помимо метастабильной ромбической фазы также формируется и стабильная тетрагональная фаза. Проведенное термодинамическое рассмотрение позволяет объяснить это явление, а также сопоставить эффективность эпитаксиальной стабилизации в системах MnF2/CaF2 и ZnF2/CaF2.

• Впервые исследованы фотолюминесцентные свойства ромбической структуры MnF2 и ZnF2. Вид спектров экситонной фотолюминесценции ромбической фазы MnF2 указывает на антиферромагнитную природу этой фазы. Измерение температурной зависимости постоянных решетки с помощью рентгеновской дифрактометрии позволило оценить температуру Нееля данной фазы как близкую к значению, известному для тетрагональной фазы.

• При легировании самарием эпитаксиальных слоев MnF2 и ZnF2, имеющих ромбическую структуру, обнаружено два вида излучательных центров, характерных для этой фазы и имеющих в качестве компенсатора избыточного положительного заряда ион фтора. Помимо этого в слоях ZnF2 обнаружен дополнительный тип центров, имеющий в качестве компенсатора электрон, заряд которого распределен между ионом самария и ближайшими катионами.

• Путем легирования в процессе выращивания ионами Sm3t и Ег3+ эпитаксиальные пленки ZnF2 и CdF2 превращены из широкозонных диэлектриков в полупроводники n-типа с минимальным удельным сопротивлением, не превышающим единиц Ом-см.

• Метастабильная в объемных кристаллах ГЦК структура Со стабилизирована на подложках Si(001) и Si(111) с использованием буферного слоя CaF2. Ориентации кристаллических решеток Со и CaF2 совпадают. Показано, что в зависимости от морфологии поверхности буферного слоя и режимов роста материалов возможно получение как сплошных пленок, так и нитевидных наноструктур.

• Выявлена преимущественная одноосная анизотропия магнитных свойств кобальта в гетероструктуре Co/CaF2(110)/Si(001). Легкая ось намагничивания направлена вдоль гофр буферного слоя и определяется морфологической анизотропией слоя Со. Показано, что величина полярного эффекта Керра для структуры

Со/Сар2(111)/31(111) с планарным буфером более чем в три раза превосходит величину, характерную для объемных кристаллов кобальта, в сипу интерференционного усиления в гетероструктурах с прозрачным буферным слоем.

Список печатных работ, вошедших в диссертацию

Статьи и сборники расширенных тезисов:

• A.K.Kaveev, R.N.Kyutt, M.M.Moisseeva, L.J.Showalter, Yu. V. Shusterman, N.S.Sokolov, S.M.Suturin, N.L.Yakovlev "Molecular beam epitaxy and characterisation of CdF2 layers on CaF2(111)", J. Cryst. Growth, 201/202(1999) 1105-1108.

• АХКавеев, M. M. Моисеева, H. С. Соколов, "Эпитаксиальное выращивание проводящих слоев CdF2:Er", Письма в ЖТФ, Том. 28, вып. 6,2002, стр. 75-80 (Tech. Phys. Lett., 28/3,2002,250-252).

• А. К. Кавеев, Н. С. Соколов, "Выращивание и рентгеноструктурные исследования эпитаксиапьных слоев ZnF2 на Si", Научно-технические ведомости СПбГТУ, 2,2003,85-188.

• K.R. Hoffman, S.V. Gastev, А.К. Kaveev, N.S. Sokolov, and R.J. Reeves, "Optically Probing the Crystalline Phases of MnF2 and ZnF2 utilizing Sm3* defect ions", J. Lumin., 108,11-4 (2004) pp25-30.

• S.V. Gastev, K.R. Hoffman, A.K. Kaveev, R.J. Reeves and N.S. Sokolov, "Laser spectroscopy of epitaxial manganese and zinc fluoride films on silicon", J. Cryst. Growth, 268 (2004) 536-542.

• A. G. Banshchikov, N. F. Kartenko, A. K. Kaveev, M. M. Moisseeva and N. S. Sokolov, "Growth and structural characterization of ZnF2 epitaxial layers on Si", Proc. of 10th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 17-21, (2002), p. 22.

• L. Pasquali, G. Selvaggi, M. Montecchi, A. Banshchikov, A. Kaveev, S. Suturin, N. Sokolov et al. "X-ray absorption and reflectivity studies of MnF2 initial growth on CaF2/Si(111)", Proc. of 12th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 21-25, (2004), p. 48.

• A.K.Kaveev, O.V.Anisimov, A.G.Banshchikov, N.F.Kartenko, N.S.Sokolov, V.P.Ulin, N.LYakovlev, "Epitaxial growth on silicon and characterization of MnF2 and ZnF2 layers with metastable orthorhombic structure", J. Appl. Phys, 98(1), 013519, (2005).

• K.M.Pavlov, Ya.l.Nesterets, C.M.Kewlsh, J.R.Hester, A.K.Kaveev, N.S.Sokolov, H.Ofuchi, M.Tabuchi, Y.Takeda, "Cobalt nanostructures grown by MBE on CaF2: RHEED, X-ray diffraction and EXAFS studies", Proc of 13:h Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 20-25, (2005), p. 330.

• N.L.Yakovlev, A.Balanev, A.K.Kaveev, B.B.Krichevtsov, N.S.Sokolov, J. Camarero, and R. Miranda, "Magneto-optical studies of epitaxial cobalt films on CaF2/Si", Proc. of 13* Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 20-25, (2005), p. 302.

• A.K. Kaveev, R.N. Kyutt, N.S. Sokolov, M. Tabuchi, and Y. Takeda, "MBE growth and structural characterization of MnF2-CaF2 short-period superlattices on Si(111)", Proc. of 13'h Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology", St. Petersburg, Russia, June 20-25, (2005), p. 324.

Доклады и труды международных конференций:

• A. Banshchikov, A. Kaveev, R. Kyutt, М. Moisseeva, N. Sokolov, "Novel MnF2-CdF2 superlattices on Si(111)", Abstr. of Tenth International Conference on Solid Films and Surfaces, Princeton, We-P-26, (2000).

• A. Banshchikov, 0. Anisimov, S. Gastev, N. Kartenko, A. Kaveev, M. Moisseeva, N. S. Sokolov, "Stabilization of a-Pb02 phase by heteroepitaxial growth of rutile structure fluorides", Abstr. of International Conference on Materials for Advanced Technologies, Singapore, 428 (2001).

• A. Kaveev, A. Banshchikov, N. Kartenko, N. Sokolov, N. Yakovlev, "MBE growth and structural characterization of MnF2 and ZnF2 epitaxial layers and nanostructures on silicon", Abstr. of International Conference on Materials for Advanced Technologies, Singapore, 652 (2003).

• S. Gastev, K. Hoffman, A. Kaveev, R. Reeves, N. Sokolov, "Laser spectroscopy of epitaxial manganese and zinc fluoride films on silicon", Abstr. of International Conference on Materials for Advanced Technologies, Singapore, 368 (2003).

• N. Sokolov, 0. Anisimov, A. Banshchikov, S. Gastev, A. Kaveev, A. Krupin, S. Suturin, "Fluoride nanostructures on silicon: formation, properties and potential applications", Abstr. of 5th Seminar on Nanotechnologies in the area of physics, chemistry and biotechnology, St. Petersburg, 56 (2002).

• 0. Anisimov, A. Banshchikov, S. Gastev, N. Kartenko, A. Kaveev, N. Sokolov, "MBE-growth and characterization of MeF2 (Me=Mn, Zn)/Si heterostructures", Abstr. of 12:h International Conference on Molecular Beam Epitaxy, San Francisco, 337 (2002).

• S. Gastev, 0. Anisimov, A. Banshchikov, A. Kaveev, A. Knyazev, N. Sokolov, "Photoluminescence of Sm3t ions in novel MnF2 and ZnF2 epitaxial structures on Si", Abstr. of 2nd International Conference on Luminescence and Optical Spectroscopy of Condensed Matter, Budapest, 96 (2002).

• S. Gastev, A. Kaveev, R. Reeves, N. Sokolov, "Photoluminescence of Sm3t ions in ZnF2 epitaxial films on Si", Abstr. of 1st International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology, Wellington, P-68 (2003).

• S. Gastev, K. Hoffman, A. Kaveev, R. Reeves, N. Sokolov, "Optically probing the distinct crystalline phases of MnF2 and ZnF2 epitaxial layers with Er3+ and Sm3f defects", Abstr. of 14;h International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids, Christchurch, 20 (2003).

• S. Gastev, S. Choi, K. Hoffman, A. Kaveev, R. Reeves, N. Sokolov, "Luminescence of Sm3t ions in MnF2 epitaxial films", 12;h Feofilov Symposium on Spectroscopy of Crystals Activated by rare Earth and Transition Metal Ions, Ekaterinburg, 11 (2004).

• A. Banshcikov, A. Kaveev, S. Suturin, N. Sokolov, N. Yakovlev, F. Borgatti, B. Doyle, A. Giglia, N. Mahne, M. Pedio, S. Nannarone, L. Pasquali, "Structure and electronic properties of MnF2 grown on CaF2/Sl(111)", Abstr. of ICFSI-10, Aix en Provence, (2005) PI-18.

• S. Suturin, A. Balanev, A. Kaveev, N. Sokolov, F. Borgatti, B. Doyle, A. Giglia, N. Mahne, M. Pedio, S. Nannarone, L. Pasquali, "Structural and photoemission studies of SrF2 adsorption on Si(001)", Abstr. of ICFSI-10, Aix en Provence, (2005) Tu. B-9.45.

• L. Pasquali, G. Selvaggi, M. Montecchi, A. Kaveev, S. Suturin, N. Sokolov, "MnF2 growth on CaF2/Si(111): a X ray absorption and reflectivity studies", 11е1 ELETTRA Users Meeting, Trieste, (2003).

• S. Suturin, A. Balanev, A. Kaveev, N. Sokolov, L. Pasquali, F. Borgatti, B. Doyle, A. Giglia, N. Mahne, M. Pedio, S. Nannarone, "Structural and photoemission studies of SrF2 adsorption on Si", 12:h ELETTRA Users Meeting, Trieste, (2004).

• A. Banshchikov, A. Kaveev, S. Suturin, N. Sokolov, N. Yakovlev, L. Pasquali, G. Selvaggi, M. Montecchi, F. Borgatti, B. Doyle, A. Giglia, N. Mahne, M. Pedio, S. Nannarone, "X-ray absorption and reflectivity studies of MnF2 initial growth on CaF2/Si(111)", 12:h ELETTRA Users Meeting, Trieste, (2004).

• R. J. Reeves, S. Gastev, J. Choi, K. Hoffman, A. Kaveev, N. Sokolov, "Optical characterization of epitaxial MnF2 thin films", 1st Nano-Engineering and Nano-science Congress, Singapore, July 7-9 (2004).

• N. Yakovlev, A. Kaveev, N. Sokolov, B. Krichevtsov and A.Huan, "Novel Magnetic Nanostructures: Epitaxial Cobalt Films and Wires in Transparent Fluoride Matrix", Abstr. of 2nd International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology, Queenstown, New Zealand, Feb. 6-11 (2005).

• S. V. Gastev, J. K. Choi, K. R. Hoffman, A. K. Kaveev, R. J. Reeves and N. S. Sokolov, "Sm3* ions as an optical probe in MnF2 epitaxial films", 2nd International Conference on Advanced Materials and Nanotechnology, Queenstown, New Zealand, February 6-11, PG12.9 (2005).

• Gastev S.V., R. J. Reeves, J. K. Choi, K. R. Hoffman, A. K. Kaveev, N. S. Sokolov, "Mn2t exciton and Sm3+ energy exchange in epitaxial MnF2 films on silicon", 15th Int. Conf. on Dynamical Processes in Excited States of Solids, Shanghai, China, August 1-5, FRA-2 (2005).

• L. Pasquali, B.P. Doyle, F. Borgatti, A. Giglia, N. Mahne, M. Pedio, S. Nannarone, A.K. Kaveev, A.S. Balanev, B.B. Krichevtsov, S.M. Suturin and N.S. Sokolov, "Cobalt on calcium fluoride: initial stages of growth and magnetic properties", 23'd European Conference on Surface Science, Sept. 4-9 Berlin, p. 294 (2005).

В заключение автор благодарит сотрудников лаборатории А. А. Каплянского, оказавших неоценимую помощь при выполнении данной работы: научного руководителя Н. С. Соколова за постановку ряда интересных задач и обсуждение результатов работы, А. Г. Банщикова, Н. Л. Яковлева и С. М. Сутурина за ценные консультации и советы по технологии молекулярно-лучевой эпитаксии, А. Баланева, Л. Швец, Т. Б. Попову и Е. А. Исаченкову - за помощь в проведении экспериментов. Часть работы, связанная с изучением ФЛ эпитаксиальных слоев, была выполнена во взаимодействии С. В. Гастевым частично во время его командировки в Кентерберийский Университет г. Крайстчерч, а измерения магнито-оптического эффекта Керра - с Б. Б. Кричевцовым. Автор выражает благодарность Р. Н. Кютту и Н. Ф. Картенко за консультации по ряду вопросов и эффективную совместную работу, связанную с рентгенодифракционным анализом. Исследования РФЭС были проведены совместно с итальянскими коллегами L. Pasquali, S. Nannarone, М. Montekki и В. Doyle во время ряда плодотворных командировок в г. Триест. Автор также благодарен В. П. Улину за ряд обсуждений и ценных комментариев относительно данной работы, и О. В. Анисимову, принимавшему участие в экспериментах по эпитаксиальному выращиванию слоев MnF2.

1. С. Griffiths, J. Macdonald, R. Williams, J. Appl. Phys., 70(3), 1858 (1991).

2. R. F. C. Farrow, P. W. Sullivan, G. M. Williams, G. R. Jones and D. C. Cameron., J. Vac. Sci. Tcchnol. 19 (3), 415 (1981).

3. L.J.Schowalter, R.W.Fathaucr, J. Vac. Sci .Tcchnol. A4(3), 1026(1986).

4. J.M.Phillips, J.M.Gibson, Mat. Res. Soc. Symp.Proc. 25, 381 (1984).

5. A.Munoz-Yague, C.Fontain, Surf. Sci. 168(1-3), 626 (1986).

6. L.J.Schowalter, R.W.Fathaucr, CRC Crit. Rev. in Solid State and Mater.Sci.(USA) 15(4), 367 (1989).

7. Л.Л.Величко, С.К.Поак, Структура и свойства эпитакеиальных пленок фторидов, полученных методом молскулярно-лучсвой эпитаксии. М.-ЦШШ "Электроника", (1988) (Обзоры по электронной технике. Серия 3. Вып. 7).

8. J. Vassiliou, J. Appl. Phys. V59, N4 (1986), pi 125

9. Б.В.Синицин, Т.В.Уварова, Фториды щелочноземельных элементов (Обзор литературы. N1.), ГИРЕДМ11Т, 51 (1973).

10. Ч. Киттель, "Введение в физику твердого тела", N1. Наука, (1978), стр. 543.

11. P. Heller, Phys. Rev., 146, 403 (1966).

12. D. Sell, G. Greene, R. White, Phys. Rev., 158 (2), 489 (1966).

13. S. Sugano, Y. Tanabc, H. Kamimura, "Multiplets of transition-metal ions in crystals", Academic Press, NY and London, (1970), p8.

14. M H. Bethc, Ann. Physik, 3, 135 (1929).

15. R. Dietz, A. Meixner, H. Guggenheim, A. Nlisetich, Phys. Rev. Lett., 21, 1067 (1968).

16. R. Loudon, Adv. in Phys., 17, 243 (1968).

17. D. Sell, J. Appl. Phys., 39, 1030 (1968).

18. R. Greene, D. Sell, W. Yen, A. Schawlow, R. White, Phys. Rev. Lett., 15, 656 (1965).

19. A. Matsui, W. Walker, J. Opt. Soc. of America, 60 (3), 358 (1970).

20. S. Hufner, J. de Physique, 32, 710 (1971).

21. R. Greene, D. Sell, R. Feigelson, G. Imbusch, H. Guggenheim, Phys.Rev, 171, 600 (1968).

22. B. Wilson, W. Yen, J. Hegarty, G. Imbush, Phys.Rcv.B., 19,4238 (1979).

23. Jl. Литягина, С. Кабалкина, JI. Верещагин, ЖЭТФ, 62 (2), 669 (1972).

24. С. Кабалкина, JI. Верещагин, JI. Литягина, ФТТ, II, 1040 (1969).2511. Федоров, М. Сатарова, Л. Ольховая, А. Матков, Б. Соболев, Д. Икрами, Высоком, в-ва, 3, 191 (1991).

25. L. Azzaria and F. Dachille, J. Phys. Chem., 65, 889 (1961).

26. K. Seifert, Fortschr. Miner., 45,214 (1968).

27. R. McQueen, J. Jamioson, S. Marsh, Science, 155, 1401 (1967).

28. S.-Y. Chen, P. Shcn, Phys. Rev. l^tt., 89 (9), 096106-1 (2002). 10 F. Dachille, R. Roy, Nature, 186, 34 (1960).

29. M. Buerger. Crystallographic aspects of phase transformations. Phase transformations in solids, New York, pl83 (1951).

30. С. Кабалкина, JI. Верещагин, Jl. Jl ¡гяпша, ФГ1 11(1969), стр.1040.

31. С. Кабалкина, С. Попова, Доклады Академии Наук СССР, 1963, Том. 153, N6, стр. 1310.

32. С. Кабалкина, С. Попова, Доклады Академии Наук СССР, 1964, Том. 8, стр. 1141.• 35 N. Miura, T. hhikawa, T. Sasaki, T. Oka, II. Ohata, H. Matsumoto and R. Nakano, Jpn. J. Appl. Phys. 31 (1992) Pt.2, No, 1A/B.L46.

33. D. Morton, P. Williams, Appl. Phys. Lett. V35, N9 (1979), p671

34. R.P.Khosla, Phys.Rev. 183 (3), 695 (1969).

35. N.S.Sokolov, E. Vigil, S.V.Gastcv, S.V.Novikov, N.L.Yakovlev, Fiz.Tverd.Tela 31(2) 75 (19S9)

36. N.S.Sokolov, N.L.Yakovlev, J.Almeida, Solid State Commun. 76, 883 (1990)

37. N.S.Sokolov, S.V.Novikov, N.L.Yakovlev, Proc. of Insulating Films on Semiconductors conf. 203 (1991)

38. N. Yamashita, T. Sumi, K. Nakamura, S. Asano, J. of the Phys. Soc. of Jpn, V60 (1991) No3, pi 105

39. B. Kowalski, V. Chab, B. Orlowski, Phys. Rev. B, 36 (14), 7642 (1987).

40. S. Kowalczyk, L. Ley, F. McFeely, D. Shirley, Phys. Rev. B, 15 (10), 4997 (1977).

41. R. Poole, J. Nicholson, J. Liescgang, J. Jenkin, R. Lcckey, Phys. Rev. B, 20 (4), 1733 (1979). 451. Morcira, R. Dovesi, C. Roetti, V. Saunders, R. Orlando, Phys. Rev. B, 62 (12), 7816 (2000).

42. S. Nakai, A. Kawata, M. Ohashi, M. Kitamura, C. Sugiura, T. Mitsuishi, Phys. Rev. B, 37 (18), 10895 (1988).

43. J. Kawai, T. J. Kawai, T. Yamamoto, Y. Harada, S. Shin, Solid St. Comm, 105 (6), 381 (1998).

44. J. Kawai, Y. Mizutani, T. Sugimura, M. Sai, T. Higuchi etc, Spectrochimica Acta B, 55, 1385 (2000). f. 49 A. Cox, J. Beaumont, Phil. Mag. B, 42 (1), 115 (1980).

45. N. Vogt, J. Mol. Struct., 570, 189 (2001).

46. T. Lee, F. Moser, Phys. Rev. B„ 3 (2), 347 (1970).

47. B. C. Lee, A. Yu. Khilko, Yu. V. Shusterman, N. L. Yakovlev, N. S. Sokolov, R. N. Kyutt, S. M. Suturin, L.J. Schowalter, Appl. Surf. Sci. 123/124 (1998) 590-594.

48. J. Prener, J. Kingsley, J. Chcm. Phys., 38 (3), 667 (1963).

49. T.Langer, B.Krukowska-Fulde, J.M.Langer, Appl.Phys.Lett 34(3), 216 (1979).

50. J.Langer, T.Langer, B.Krukowska-Fulde, Appl.Phys. 12, L95 (1979).

51. J. Nogues, I. Schuller, J. Magn. Nlagn. Mater. 192,203 (1999).

52. V. Jaccarino, A. King, D. Lederman, M. Lui, C. Ramos, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., 221, 3 (1991).

53. C. Leighton, J. Nogues, B. Jonsson-Akerman, I. Schuller, Phys. Rev. Lett., 84 (15), 3466 (2000).

54. M. Lui, J. Drucker, A. King, J. Kotthaus, P. Hansma, V. Jaccarino, Phys. Rev. B, 33 (11), 7720 (1986). 00 II. Yamazaki, J. Satooka, RIKEN Rev., 38, 14 (2001).

55. H. Yamazaki, J. Satooka, J. Magn. Magn. Mater. 240,442 (2002).

56. Xuan-Zhang Wang, D. Tilley, Phys. Rev. B, V52, N18 (1995-2), pl3353

57. D. Lederman, C. Ramos, V. Jaccarino and J. Cardy, Phys. Rev. B, V48, N11 (1993-1), p8365 M C. Ramos, M. Cacercs, D. Lederman, Phys. Rev. B, V53, N12 (1996), p7890

58. C. Ramos, D. Lederman, A. King, V. Jaccarino, Phys. Rev. Lett. V65, N23 (1990), p2913

59. M. Lui, A. King, V. Jaccarino, G. Snider, Phys. Rev. B, V40, N7 (19S9), p4898

60. M. Shojiya, S. Takahashi, M. Tcramoto, A. Konishi, Y. Kawamoto, J. Non-Cryst. Sol., 284, 153 (2001). c,s N. Miura, T. Sasaki, H. Matsumoto and R. Nakano, Jpn. J. Appl. Phys., V31 Parti, N1 (1992) p51

61. J. Crawford, Jr and F. Williams, J. Chcm. Phys. V18, N6 (1950), p775

62. T. Senda, Y.-J. Cho, T. Hirakawa, II. Okamoto, H.Takakura, Y. Hamakawa, Jpn. J. Appl. Phys. V39 (2000) p4716

63. R. McFarlane, M. Lui and I). Yap, IEEE J. of Sel. Top. in Q. Electr., 1 (1), 82 (1995).

64. M. Lui, R. McFarlane, D. Yap and D. Lederman, Electr. Lett., 29 (2), 172 (1993). • 73 D. Lederman and A. Nikroo, to be published.

65. N.S.Sokolov, S.V.Gastcv, N.L.Yakovlev, A.Izumi, S.Furukawa, Appl.Phys.Lett. 64(22), 2964 (1994).

66. N. Sokolov, S. Gastev, A. Khilko, R. Kyutt,S. Suturin, M. Zamoryanskaya, J. Cryst. Gr., 201/202, 1053 (1999).• 76 N. Sokolov, S. Gastcv, Л. Khilko, S. Suturin, I. Yassievieh, J. Langer, Л. Kozanezcki, Phys. Rev. B, 59, 2525 (1999).

67. N. Sokolov, S. Suturin, Appl. Surf. Sei., 175-176, 619 (2001).

68. Л. zu mi, Y. Hirai, К. Tsutsui, N. Sokolov, Appl. Phys. Lett., 67 (19), 2792 (1995).

69. N. Sokolov, S. Suturin, Thin Solid Films, 367, 112 (2000).

70. U. Gradmann and J. Muller, Phys. Stat. Sol., 27, 313 (1968).

71. P. Carcia, Л. Meinhaldt, Л. Suna, Appl. Phys. Lett., 47, 178 (1985).

72. N1. Baibich, J. Broto, A. Fert, F. Nguen Van Dau, F. Petroff etc, Phys. Rev. Lett., 61, 2472 (1988).

73. G. Binaseh, P. Grunberg, F. Saurenbaeh, W. Zinn, Phys. Rev. B, 39,4828 (1989).

74. N.March, P. Lambin, F. Herman, J. Magn. Mgn. Mater., 44, 1 (1984).

75. V. Skumryev, S. Stoyanov, Y. Zhang, G. Hadjipanayls, D. Givord, J. Nogues, Nature, 423, 850 (2003).

76. J. Eiscnmcngcr, 1. Schuller, Nature, 2,437 (2003).

77. J. Hurst, Jr., W. Kozlovsky, Jpn. J. Appl. Phys., 32, 5301 (1993).

78. B. Dieny, V. Spcriosu, S. Parkin, B. Gurney, D. Wilhoit, D. Mauri, Phys. Rev. B, 43, 1279 (1991).

79. C. Tsang, R. Fontana, Jr., T. Lin, D. Heim, V. Speriosu, B. Gurney, M. Williams, IEEE Trans. Magn., 30, 3801 (1994).ф yuJ. Daughton, Thin Solid Films, 216, 162 (1992).

80. D. Tang, P. Wang, V. Spcriosu, S. Le, K. Kung, IEEE trans. Magn., 31, 3206 (1995).

81. J. Moodera, L. Kinder, T. Wong, R. Meservey, Phys. Rev. Lett., 74, 3273 (1995).

82. K. Ileim, S. Coyle, G. Hembrce, J. Venables, M. Scheinfein, J. Appl. Phys., 80 (2), 1161 (1996).

83. H. Ашкрофг, H. Мермин, Физика твердого тела, 1. 306.

84. Е. Wohlfarth, Ferromagnetic materials, Amsterdam: North-Holland Publ. Сотр., 1, 1 (1980).

85. A. Clarke, G. Jennings, R. Willis, P. Rous and J. Pendry, Surf. Sei., 187, 327 (1987).

86. L. Gonzalez, R. Miranda, M. Salmerón, J. Verges and F. Yndurain, Phys. Rev. B, 24, 3245 (1981).

87. G. Prinz, Phys. Rev. Lett. 54, 1051 (1985).

88. G. Gazzadi, F. Bruno, R. Capelli, L. Pasquali and S. Nannarone, Phys. Rev. B, 65, 205417-1 (2002).

89. D. Sander, Rep. Prog. Phys., 62, 809 (1999).

90. S. Lu, C. Nieh, L. Chen, Appl. Phys. Lett., 49 (26), 1770 (1986).

91. N1. Sacehi, M. Sancrotti, O. Sakho, G. Rossi, Surf. Sei., 251/252, 301 (1991).

92. А. Долбак, Б. Ольшанский, С. Тийс, Р. Жачук, ФТТ, 41 (8), 1489 (1999).

93. Y. Hayashi, Т. Katon, Н. Ikeda, A. Sakai, S. Zaima, Y. Yasuda, Jpn. J. Appl. Phys., 40, 269 (2001). 105 H. Tsunematsu, Y. Goton, Jpn. J. Appl. Phys., 38, 2899 (1999).

94. H. Takeshita, Y. Suzuki, H. Akinaga, W. Mizutani, K. Tanaka, T. Katayama, A. Itoli, Appl. Phys. Lett., 68 (21), 3040(1996).

95. A. Barbier, G. Renaud, O. Robach, J. Appl. Phys., 84 (8), 4259 (1998). ll,s H. Xu, Л. Huan, Л. Wee, D. Tong, Sol. St. Comm., 126, 659 (2003).m K. Amemiya, T. Yokoyama, Y. Yonamoto, M. Miyaehi, Y. Kitajima, T. Ohta, Jpn. J. Appl. Phys., 39, L63 (2000).

96. Y. Yonamoto, T. Yokoyama, K. Amemiya, D. Matsumura etc, J. Phys. Soc. Of Jpn., 71 (2), 607 (2002).

97. R. de Masi, D. Reinicke, F. Müller, P. Steiner, S. Hufner, Surf. Sei., 515, 523 (2002). 1,2 T. Ichimori, N. Hirashita, Jpn. J. Appl. Phys., 40, L1019 (2001).

98. F. van Loenen, J. Frenkcn, J. van der Veen, Appl. Phys. Lett., 45 (1), 41 (1984). • 114 W. Chen, F. Chen, L. Clien, Appl. Phys. Lett., 60 (18), 2201 (1992).

99. Y. Tsuchiya, A. Tobioka, O. Nakatsuka, H. Ikeda etc, Jpn. J. Appl. Phys., 41, 2450 (2002).

100. N. Sokolov, S. Gastcv, S. Novikov, N. Yakovlev, A. Izumi, S. Furukavva, Appl. Phys. Lett., 64 (22), 2964 (1994).

101. A. Izumi, K. Tsutsui, N. Sokolov, N. Falccv, S. Gastcv, S. Novikov, N. Yakovlcv, J. Cryst. Gr., 150, 1115 (1995).

102. W.Kern , J.Electrochcm.Soc. 137, 1887 (1990).

103. A.Ishizaka, Y.Shiraki, J.Electrochcm.Soc. 133(4), 666 (19S6).

104. R. Vcrucchi, S. Nannaronc, Rev. Sei. Instr., 71 (9), 3444 (2000).

105. J.H.Ncavc, B.A.Joycc, P.J.Dobson, J.Appl.Phys. A34(2), 179 (1984).

106. T.Sakamoto, N.J.Kawai, T.Nakagawa, K.Olita, T.Kojima, Appl.Phys.Lett. 47(6), 617 (1985).

107. T.Yao, H.Tancda ct al, Jpn.J.Appl.Phys. 25(12), L952 (1986).

108. P.Chen, J.Y.Kim, A.Madhukar, N.M.Cho, J.Vac.Sci.Tcchnol. B4(4), 890 (1986).

109. P.J.Dobson , J.H.Neave, B.A.Joyce, J.Zhang, J.Cryst.Growth 81(1), 13 (1987).

110. L. Kubler, F. Lutz, J. Bischoff, D. Bolmont, Surf. Sei., 251/252, 305 (1991).

111. S. Chambers, Surf. Sei. Reports, 16, 261 (1992).

112. J. Stohr, R. Nakajima, IBM J. Res. Develop., 42(1), 73(1998).

113. J. Stohr, J. Magn. Magn. Mater., 200,470 (1999).

114. H. Ebert, J. Stohr, S. Parkin, M. Samant, A. Nilsson, Phys. Rev. B, 53 (16), 067 (1996).

115. B. Thole, P. Carra, F. Sette, G. Van der Laan, Phys. Rev. Lett., 68, 1943 (1992).

116. P. Carra, B. Thole, N1. Altarelli, X. Wang, Phys. Rev. Lett., 70, 694 (1993).

117. O'Brien and Tonner, Phys. Rev. B, 50, 12672 (1994).

118. A. Kimura, S. Suga, T. Shishidou, S. Imada, T. Muro etc, Phys. Rev. B, 56 (10), 6021 (1997).

119. A. Kimura, S. Suga, S. Imada, T. Muro, T. Shishidou etc, J. Electr. Spec, and Rel. Plien., 78, 287 (1996).

120. T. Xie, A. Kimura. T. Kanbe, S. Qiao etc, Jpn. J. Appl. Phys., 42,4695 (2003).

121. I. K. Robinson, in Surface Crystallography, Handbook on Synchrotron Radiation Vol. 3, edited by D. E. Monctonand G. S. Brown (Springer-Verlag, New York, 1986). 133 Kyutt R.N., Petrashen P.V., Sorokin L.M. Phys.stat.sol.(a), v.60 (1980) 381.

122. P. van der Sluis, Appl. Phys. A, 58, 129 (1994).

123. P. Fewster, Appl. Phys. A, 58, 121 (1994).

124. A.K.Zvezdin, V.A.Kotov "Modern magnetooptics and magnetoopticalmaterials", IoP Publishing, Bristol&Philadelphia, 1997, 386 pages. ISBN 0 75030362.X

125. R. Kyutt, V. Ulin, A. Dyshekov, Yu. Khapachev, Tech. Phys., 41(12), 1220 (1996).

126. T. Ho, Jpn. J. Appl. Phys., 30 (8A), L1349 (1991).

127. R. W. Fathauer, L. J. Schowalter, Appl. Phys. Lett. 45 (5), 519 (1984).

128. N. Sokolov, J. Alvarez, S. Gastev, Y. Sfiusterman etc, J. Cryst. Gr., 169, 40 (1996).

129. W. K. Liu, X. M. Fang and P. J. McCann, Appl. Phys. Lett. 67 (12) pi695 (1995).

130. N. Sokolov, S. Suturin, Appl. Surf. Sei., 175-176, 619 (2001).

131. D.Loretto, F.M.Ross, C.A.Lucas, Appl.Phys.Lett. 68, 2363 (1996).149T. Asano, II. Ishiwara, and S. Furukavva, Jpn. J. Appl. Phys., V27, N7 pi 193 (1988).

132. J.J. Gilman, J.Appl.Phys. 31, 2208 (1960).

133. F.J. Himpsel, F.U.Hillcbranht, G. Hughes, J.L. Jordan, U.O. Karlsson, F.R.McFeely, J.F.Morar, D. Riegcr, Appl.Phys.Lett. 43, 596 (19S6).

134. D. Ricger, F.J. Himpsel, U.O. Karlsson, F.R.McFeely, J.F.Morar, J.A.Yarmoff, Phys.Rev.B 34, 7295 (19S6).

135. M.A.Olmstcad, R.I.G.Urhberg, R.D.Bringans, R.Z.Bachrach, J.Vac.Sci.Tcchnol. B, 4, 1123 (1986).

136. M.A.Olmstcad, R.D.Bringans, R.I.G.Urhberg, R.Z.Bachrach, Phys.Rev.B 35, 7526 (1987).

137. J.Zcgenhagen, J.R.Palel, Phys.Rev.B, 41, 5315 (1990).

138. J.D.Denlinger, E.Rotenberg, U.Hessingcr, M.Lcskovar, M.A.Olmstcad, Appl.Phys.Lett. 62, 2057 (1993).

139. U.Hessinger, M.Lcskovar, M.A.OImstcad, Phys.Rev.Lett. 75, 2380 (1995).

140. J.D.Denlingcr, E.Rotenberg, U.IIcssinger, M.Lcskovar, M.A.OImstcad, Froc. of Common Themes and Mcchanisms of Epitaxial Growth Symp. p. 207. (1993).

141. G.C.L. Wong, D.Lorclto, L.Rotenberg, M.A.OImstcad, C.A.Lucas, Phys.Rev.B, 48, 5716 (1993).1(,ü J.D.Denlingcr, E.Rotenberg, U.IIcssinger, M.Lcskovar, M.A.OImstcad, Phys.Rev.B, 51, 5352 (1995).

142. H.Ishiwara, T.Asano, Appl.Phys.Lctt. 40, 66 (1982)

143. M.A.OImstcad, R.I.G.Uhrbcrg, R.D.Bringans, R.Z.Bachrach., Phys.Rev., 35 (14), (1987). 161 H. Zogg, S. Blunicr, A. Fach, C. Maissen etc, Phys. Rev. В, 50 (15), 10S0I (1994).

144. N. S. Sokolov, S. V. Gastev, S. V. Novikov, N. L. Yakovlcv, A. Izumi and S. Furukava, Appl. Phys. Lett. 64 (22), 2964 (1994).

145. L. M. Azzaria and F. Dachille, J. Phys. Chem. 65 (1961) 889.

146. F.M.E. de Groot et al., Phys.Rev.B 42 (1990) 5459.

147. R. Greene, D. Sell, R. Feigclson, G. Imbush. H. Guggenheim, Phys. Rev. 171(2), 600 (1968).

148. R. Dictz, A. Mcixncr, H. Guggenheim, J. Lum., 1(2), 297 (1970).

149. D. Seil, R. Greene, R. White, Phys. Rev., 158(2), 489 (1967).

150. S. Erwin, II. Weitering, Phys. Rev. Lett., 81/11 (1998) 2296.

151. С. Lucas, D. Lorctto, G. Wong, Phys. Rev. В, 5/19, (1994) 14340.

152. О. Ю. Горбенко, диссертация на соискание ученой степени доктора химических наук, МГУ им. М. В. Ломоносова, Москва (2003).

153. S. Samoylcnkov, О. Gorbcnko, I. Graboy, A. Kaul, О. Stadel, G. Wahl, H. Zandbergen, J. Phys IV France, 9, 621 (1999).

154. A. Sutton, R. Balluffi, Interfaces in crystalline materials, Calcndron Press, Oxford, 1995.

155. K. Heim, G. Hcmbrce, K. Shmidt, M. Scheinfein, Appl. Phys. Lett., 67 (19), 2878 (1995).

156. E. Bauer, J. Van der Merwe, Phys. Rev. B, 33, 3657 (1986).

157. K. Kcmner, W. Elam, V. Harris, Y. Idzerda, J. Wolf, J. Vac. Sei. Technol. B, 14, 3207 (1996).

158. K. Kemner, W. Elam, Y. Idzerda, J. Wolf, G. Prinz, Appl. Phys. Lett., 68 (24), 3391 (1996).

159. A.Bettac, J.Bansmann, V.Senz, K.H.Meiwes-Broer, Surf. Sei., 454-456, 936 (2000).

160. O'Brien, Tonner, Phys. Rev. В 50, 12672 (1994).

161. R. Pcntchcva, M. Schcffler, Phys. Rev. B, 61 (3), 2211 (2000).

162. Y. Wu, J. Tsay, S. Chen, Т. Fu, С. Shern, Jpn. J. Appl. Phys., 40 (12), 6825 (2001).

163. A. Sugawara, G. Hcmbrec, M. Scheinfein, J. Appl. Phys., 82 (II), 5662 (1997).

164. S.Sugano, N.Kojima (Eds.). "Magneto-optics", Springer, 2000, p334.

165. M. Inouc, K. Arai, T. Fujii, M. Abe, J. Appl. Phys., 85 (8), 5768 (1999).

166. R. Wyckoff, Crystal structures, R. Krieger publishing Co., Malabar, Florida, 1,261 (1982).

167. D. Rez, P. Rez, I. Grant, Acta Cryst. A, 50,481 (1994).