Особенности перемагничивания высококоэрцитивных покрытий сплавов Со-РС мелкодисперсной структурой

Магнитные наноструктурированные материалы привлекают внимание многих исследователей, занимающихся изучением магнитных сред для хранения и обработки информации, элементов магнитной микроэлектроники и т.д. [1]. Несмотря на большое количество работ, посвященных изучению магнитных свойств наноструктурированных покрытий, полученных, в частности, вакуумными методами, межкристаллитное магнитное взаи

модействие, его связь с процессами перемагничивания изучены недостаточно [2]. В покрытиях, полученных электрохимическими методами, межкристаллитное магнитное взаимодействие и процессы перемагничивания практически не исследованы, хотя особенности катодных процессов формирования структуры обуславливают особенности магнитного поведения таких покрытий [3,4]. Исследование влияния особенностей структуры на межкристаллитное магнитное взаимодействие и процессы перемагничивания пленок сплавов Со-Р и является целью настоящей работы. Для исследования процессов перемагничивания и межкристаллитного магнитного взаимодействия использовался анализ кривых остаточной намагниченности и dМ-кривых, а также угловых зависимостей коэрцитивной силы [2,3].

Содержание фосфора (Р), размер кристаллитов (D), отношение интенсивностей рентгеновских пиков I002 /I100 и величина |dМ|max покрытий Со-Р в зависимости от концентрации (с) гипофосфита натрия и температуры электролита (рН 4,8)

Таблица.

*Агрегаты размером 700 нм, состоящие из кристаллитов размером 10 нм

** I100/I002

Как показали исследования dМ-кривых, всем образцам соответствуют значения dМ <0 (таблица), т.е. магнитостатическое взаимодействие кристаллитов при перемагничивании образцов. В целом, |dМ|max, характеризующая величину результирующего магнитостатического взаимодействия, определяется размером кристаллитов, ориентацией их ОЛН относительно приложенного магнитного поля, толщиной и составом межкристаллитных прослоек [5,6]. Исследованные покрытия из сплавов Со-Р кристаллизуются в ГПУ решетку с осью легкого намагничивания, совпадающей с осью [00.1], а размеры зерен, как показывают оценки [7], меньше размера однодоменности.

Наличие одноосной магнитной анизотропии определяет зависимость величины |dМ|max от текстуры, что видно из таблицы, в частности, магнитостатическое взаимодействие кристаллитов с ориентацией [00.1] больше, чем при ориентации [10.0]. Различие величины |dМ|max образцов с текстурой [00.1], полученных при различных условиях может объясняться как некоторым различием в размере зерен, так и степенью совершенства текстуры [00.1], т.е. наличием кристаллитов с другими ориентациями ([10.0], [11.0], [10.1] и т.д.), следует учитывать и увеличение содержания фосфора в межкристаллитных границах с ростом совершенства текстуры [00.1] [8]. В случае варьирования рН сказывается как изменение совершенства текстуры [00.1], так и уменьшение содержания фосфора в пленках с ростом рН и, соответственно, в межкристаллитных границах, а также формирование столбчатой микроструктуры при рН 5.5 (Рис.). На магнитную неоднородность исследуемых пленок указывает и наличие нескольких максимумов на кривых восприимчивости cdirr(H)[5].

Рис.1 Кривые dМ(H) покрытий Со-Р, полученных при различных рН электролита, 1 – 3,8; 2 – 4,8; 3 – 5,5; 4 – 5,5 после ТО

Размер кристаллитов и их магнитная изолированность обуславливают перемагничивание исследованных покрытий преимущественно процессами вращения вектора намагниченности [6,7]. В качестве конкретного механизма могут выступать когерентное вращение, некогерентное вращение в виде закручивания, перемагничивания цепочки частиц и т.д. [ 9 ]. Хотя все эти модели достаточно условно трактуют реальную структуру частиц и не учитывают магнитное взаимодействие между ними [7,9], возможность описания в ряде случаев с их помощью магнитного поведения пленок, в частности, угловой зависимости Нс позволяет использовать их для анализа процессов перемагничивания в реальных магнитных материалах. Так, угловые зависимости коэрцитивной силы мелкодисперсных пленок Со-Р с разной текстурой могут быть описаны теоретической кривой, соответствующей механизму закручивания [9,10], причем пленки с преимущественной текстурой [00.1] характеризуются кривой Нс(j) с меньшим значением приведенного радиуса (S = 1,77), чем пленки с преимущественной текстурой [1.00] (S = 2,44), т.е. большей долей процессов вращения. Угол, при котором измеренная величина коэрцитивной силы максимальна, уменьшается с уменьшением S, что может быть объяснено увеличением числа зародышей перемагничивания [11]. Сопоставление кривых Нс(j) и соответствующих dМ-кривых (таблица) позволяет сделать вывод, что магнитостатическое взаимодействие кристаллитов увеличивает долю процессов вращения при перемагничивании.

Следует отметить различие в характере полевой зависимости необратимой восприимчивости образцов с мелкодисперсной структурой и образцов, состоящих из кристаллитов-агрегатов [6], а также различие влияния магнитостатического взаимодействия кристаллитов на коэрцитивную силу Нс таких образцов. В основном рост магнитостатического взаимодействия сопровождается уменьшением Нс [6], что и наблюдается для образцов с мелкодисперсной структурой - Нс для образцов 4 и 3 (таблица) составляет 78 и 82 кА/м соответственно. В то же время, сопоставление образцов 3 и 1 (кристаллиты-агрегаты, Нс = 59 кА/м) свидетельствует об одновременном увеличении магнитостатического взаимодействия и коэрцитивной силы. В этом контексте интересен результат отжига на величину |dМmax| образцов с мелкодисперсной структурой и столбчатой микроструктурой. В образцах с мелкодисперсной структурой (текстура [00.1]) отжиг приводит к усилению магнитостатического взаимодействия кристаллитов, что обусловлено увеличением в кристаллитах объема ГПУ фазы с ориентацией [00.1] вследствие отжига дефектов кристаллического строения и выходом фосфора и дефектов на границы зерен [12]. В то же время отжиг образцов со столбчатой микроструктурой и текстурой [00.1] приводит к уменьшению |dМ|max вследствие уменьшения вклада элементов субструктуры (рис., кривые 3 и 4). В настоящее время широко развивается поиск новых технологий, которые позволят уменьшить размеры электронных приборов до нанометрового диапазона [1-2]. В этой связи, возрастает интерес к развитию нетрадиционных технологий формирования наноматериалов, наноструктур и их массивов. Так, в данной работе используется технология треков быстрых тяжелых ионов, связанная с формированием в различных материалах (в частности, в слое оксида кремния) узких и протяженных областей радиационного повреждения («латентных ионных треков») в результате воздействия высокоэнергетичных ионов. В дальнейшем, в результате химического травления данных треков, формируются нанопоры, которые могут иметь цилиндрическую либо коническую форму и размеры от 10 до 1000 нм, в зависимости от параметров облучения, условий травления, а также типа подложки [2 - 5]. Особый интерес для современной промышленности представляют новые типы спинтронных материалов и структур, которые можно использовать в магниторезистивных сенсорах, датчиках перемещений, устройствах памяти и др. [6]. Для создания спинтронных приборов необходимы структуры из магнитных наночастиц или их чередующихся слоев, которые могут обладать гигантским (ГМС) либо туннельным магнитосопротивлением (ТМС), и функционируют при достаточно высоких частотах. Это означает, что спинтронные материалы должны обладать специфическим набором часто взаимоисключающих друг друга свойств: ГМС/ТМС эффектами при комнатной температуре, низкой коэрцитивностью, высокой магнитной проницаемостью, высоким электрическим сопротивлением, а также высоким значением намагниченности. Использование технологии треков быстрых тяжелых ионов для создания данных структур может оказаться весьма перспективным.Цель данного исследования заключается в разработке и получении новых типов магниточувствительных спинтронных структур на основе протравленных ионных треков в оксидированном кремнии, внутри которых посредством электрохимической технологии формируются однородные нанокомпозиции или многослойные наноструктуры с чередующимися слоями из ферромагнитных и немагнитных наночастиц (Рис.1). Кроме того, при создании указанных магниточувствительных структур планируется использование разработанной ранее технологии TEMPOS («Tunable Electronic Material in Pores in Oxide on Semiconductors» - «Управляемый Электронный Материал с Порами в Оксиде Кремния») [3 - 5], задействующей заполненные металлами и полупроводниками протравленные ионные треки в оксидированном кремнии (Рис.2).

 Скачать реферат