Исследование магнитной анизотропии тонких наноструктурированных пленок, полученных методом ионно-лучевого синтеза в магнитном поле

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

В. Ю. Петухов, Г. Г. Гумаров, Д. А. Коновалов,
Л. В. Петухова, Р. А. Халиков
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОЙ АНИЗОТРОПИИ
ТОНКИХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ПЛЕНОК, ПОЛУЧЕННЫХ
МЕТОДОМ ИОННО-ЛУЧЕВОГО СИНТЕЗА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Ключевые слова: наноструктурированные пленки, магнитная анизотропия, ионно-лучевой
синтез, магнитооптика.
Методом ионно-лучевого синтеза в магнитном поле были получены тонкие наноструктурированные ферромагнитные пленки в монокристаллическом кремнии. С использованием оригинального магнитооптического поляриметра была изучена магнитная анизотропия в плоскости пленки.
Key words: nano-patterned thin ferromagnetic films, magnetic anisotropy, ion-beam synthesis,
magneto-optics.
Nano-patterned thin ferromagnetic films were obtained in single crystal silicon by the method of ion-beam synthesis in applied magnetic field. In-plane magnetic anisotropy was studied by using proprietary magneto-optical polarimeter.
В последнее время особое внимание уделяется получению и исследованию тонких ферромагнитных пленок, в особенности наноструктурированных слоев, поскольку такие объекты широко используются в компьютерной технике, микро- и наноэлектронике. Ранее методом ионно-лучевого синтеза были получены наноструктурированные тонкие магнитные пленки в пластинах монокристаллического кремния [1]. Недавно [2] при высокодоз-ной имплантации ионов железа в кремниевую подложку в присутствии внешнего магнитного поля были синтезированы наноструктурированные ферромагнитные пленки, состоящие в основном из силицида FesSi. Предварительные исследования магнитных свойств автодинным методом показали наличие магнитной анизотропии в плоскости пленки [3].
Было предположено, что наблюдаемая анизотропия является суперпозицией магнитокристаллической и одноосной наведенной анизотропий. В данной работе приведены результаты исследований магнитных свойств наноструктурированных пленок, полученных ионно-лучевым синтезом в магнитном поле, методом меридионального эффекта Керра.
Для приготовления образцов однозарядные ионы Fe+ были имплантированы в исходные пластины монокристаллического кремния, вырезанные параллельно плоскости (111). Имплантация производилась на ионно-лучевом ускорителе ИЛУ-3 с энергией 40 кэВ и дозой 3 • 1017 см-2. Ток при ионно-лучевом синтезе составлял 4 мкА/см2, внешнее магнитное поле Hi = 680 Э во время имплантации было направлено параллельно поверхности образца. Исследования магнитных свойств в данной работе проводилось с использованием оригинального магнитооптического поляриметра на основе меридионального эффекта Керра.
Зависимость приведенной намагниченности полученных образцов, вычисленной из магнитооптических измерений, от величины приложенного магнитного поля показали
наличие магнитной анизотропии в плоскости пленки. На рис. 1 представлена экспериментальная кривая азимутальной зависимости приведенной остаточной намагниченности в плоскости образца. Стрелкой показано направление внешнего магнитного поля во время имплантации.
Мг/Мэ 90
10 120 ^--г--_ 60
1 о 240 300
270
Рис. 1 — Азимутальная зависимость приведенной остаточной намагниченности для образца в1, имплантированного ионами Рв+ с дозой 3*1017см& quot-2 в магнитном поле Н = 680 Э
Результаты, приведенные на рисунке, свидетельствуют о том, что для данного образца магнитная анизотропия — одноосная, наведенная внешним магнитным полем во время имплантации. На рис. 2а показаны петли гистерезиса, записанные при трех углах между проекцией оптического луча на поверхность образца и направлением внешнего магнитного поля при имплантации: а = 0, 60 и 90о, соответственно (см. рис. 1). Вид зависимостей при 0 и 90о характерен для осей легкого и трудного намагничивания.
Рис. 2 — Петля гистерезиса в направлении осей легкого (а) и трудного (б) намагничивания для образца в1, имплантированного ионами Рв+ с дозой 3*1017см& quot-2 в магнитном поле Н = 680Э
Предварительные исследования структуры синтезированной пленки дают основания полагать, что она наноструктурирована и состоит из наночастиц размером в несколько десятков нанометров в плоскости пленки. В этом случае можно считать, что частицы исследуемого вещества однодоменны. Для теоретического описания полученных результатов была рассмотрена модель когерентного вращения Стонера-Вольфарта [4]. На рис. 2б приведены результаты компьютерного моделирования. Как видно из рисунка, результаты расчетов показали качественное соответствие экспериментальных и теоретических зависимостей. Различие между экспериментальными и расчетными петлями проявляется в основном в направлении ОЛН — экспериментальные петли более узкие.
Таким образом, в данной работе показано, что имплантация ионов железа в пластины монокристаллического кремния в присутствии внешнего магнитного поля приводит к формированию тонкой ферромагнитной пленки, обладающей одноосной магнитной анизотропией. Направление оси легкого намагничивания, коррелирующее с направлением приложенного магнитного поля во время имплантации, свидетельствует о наведенном характере магнитной анизотропии. Результаты компьютерного моделирования показали, что анизотропные магнитные свойства полученных наноструктурированных ферромагнитных пленок могут быть описаны на основе модели Стонера-Вольфарта.
Литература
1. Петухов, В. Ю. Магнитные свойства кремния, имплантированного ионами железа / В. Ю. Петухов, И. Б. Хайбуллин, М. М. Зарипов, Р. А. Манапов // Физика твердого тела.- 1984. — Т. 26, вып.5. -С. 1392−1397.
2. Gumarov, G. G. Investigation of Silicon Implanted by Fe Ions in Applied Magnetic Field / G.G. Guma-rov, V. Yu. Petukhov, I.B. Khaibullin, E.P. Zheglov, E.N. Dulov, and N.G. Ivoilov //, Abstr. of Int. Conf. on Modem Developments of Magnetic Resonance / Kaz. Phys. -Tech. Inst.- Kazan, 2004. — P. 247−248.
3. Gumarov, G. G. Investigation of Magnetic Anisotropy of Silicide Films Ion-beam Synthesized in External Magnetic Field / G.G. Gumarov, V. Yu. Petukhov, V.A. Zhikharev, V.F. Valeev, R.I. Khaibullin // Nucl. Instr. & amp- Meth. in Phys. Res. B. — 2009.- V. 267. — P. 1600−1603.
4. Tannous, C. The Stoner-Wohlfarth model of ferromagnetism / C. Tannous and J. Gieraltowski // Eur. J. Phys. 2008. — V. 29. — P. 475−487.
© В. Ю. Петухов — д-р физ. -мат. наук, зав. лаб. радиационной химии и радиобиологии КФТИ КазНЦ РАН, petukhov@kfti. knc. ru- Г. Г. Гумаров — канд. физ. -мат. наук, ст. науч. сотр. лаб. радиационной химии и радиобиологии КФТИ КазНЦ РАН- Д. А. Коновалов — зам. зав. отделом телекоммуникаций КФТИ КазНЦ РАН- Л. В. Петухова — канд. хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ- Р. А. Халиков — асп. КФТИ КазНЦ РАН.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой