Процессы перемагничивания двуслойных аморфных обменносвязанных пленок сплавов РЗМ с кобальтом Дворкина-Самарская, Антонина Анатольевна

Введение к работе

Актуальность темы. Двухслойные структуры ив тонких пленок сплавов редкоземельных и переходных (РЗ-ПМ) металлов в настоящее время являются предметом внимания исследователей. Во-первых , интересна магнитная структура аморфных пленок сплавов РЭ-ПМ вследствие преобладающей роли отрицательного обменного взаимодействия между атомами редкоземельных и переходных металлов, а также вследствие особенностей их свойств в области температуры магнитной компенсации (Тк),

Во-вторых, в рассматриваемых структурах может существовать обменное взаимодействие между отдельными сдоями системы. В таком случае магнитное состояние одного слоя влияет на магнитное состояние другого слоя и перемагничивание различных Пленок оказывается взаимосвязанным.

Кроме того, пленки сплавов РЗ-ПМ используются как пленочный носитель информации с гермомагнигным способом записи (ТМЗ) для магнитооптических (МО) дисков. В частности, в 1980 г. японскими специалистами был создан опытный образец магнитооптического диска с рабочим слоем сплава РЗ-ПМ, а в 1988 г. фирмы изготовители выпустили первые магнитооптические диски для ЗУ ЭВМ. Применение двухсло(%яых обменносвязанных пленок позволяет расширить температурный интервал существования отабильных доменов, получить низкую энергию записи при высокой плотности битов. Таким образом, вопросы практического использования выд-. витают на первый план задачу наиболее полного и всестороннего изучения магнитных свойств двухслойных пленок со взаимодействующими слоями.

Наконец, явления взаимодействия между сдоями сами по себе представляют большой научный интерес. Идентификация различных взаимодействий, связывающих магнитные пленки и их изучение позволяет предсказывать вытекающие из них аффекты и создавать материалы с новыми магнитными параметрами.

Изучение процессов перемагничивания в двухслойных обменносвязанных пленках сплавов РЗ-ПМ представляется весьма актуальным. Многие аспекты этой проблемы уже рассматривались как экспериментально, так и в рамках различных теоретически моделей. Тем не менее, до настоящего времени многообразие свойств

двухслойных сбменносвязанных пленок далеко не исчерпано. Например, практически отсутствуют данные о роли, которую оказывает поверхность раздела слоев на процессы перемагничивания, недостаточно изучена возможность изменения величины обменной связи мееду слоями.

Нель работы - установить влияние условий формирования поверхности раздела слоев на гистереаисные свойства двухслойных пленок сплавов РЗМ с кобальтом, а также поиск путей регулирования гистерезисных характеристик двухслойных сред для. ТМЗ на основе атих сплавов.

В работе приведены результаты решения следующих'задач:

1. Экспериментальное исследование гистерезисных свойств пленок гздавший-кобальг в температурном интервале, включающей температура компенсации слоев.

2. Анализ экспериментальных гистерезисных кривых пленок гедодакшй-кобальт с химическим составом слоев близким, к ком-сгесгщюнному в рамках модели двухслойной обменносвязанной СЛІМКИ.

3. Экспериментальное исследование зависимости магнитооптических петель гистерезиса двухслойных пленок от условий фор-шрования поверхности раздела слоев.

4. Поиск путей регулирования гистерезисных характеристик, магнитных и магнитооптических параметров двухслойных сред иа основе оплавов кобальта с РЗМ:

изучение влияния толщин слоев на свойства двухслойных ДЛеНОК (Gd4STb45Prio)20-ElCoao-7o/(Gd45Tb4SPrio)22-23G07Q-77}

исследование временной стабильности свойств двухслойной среды.

Научная новизна проведенных исследований заключается *» следующем;

1. Проведено изучение двухолойных обыенноовяэанных пледок сплавов Sd-Co, включающее идентификацию типа обменного взаимодействия, измерение интегральных петель гистерезиса пленки и магнитооптических петель гистерезиса каждого слоя в широком интервале температур, а также расчеты полей перемагничивания системы с использованием модели двухслойной обменносвязанной пленки с однородно намагниченными сдоями, качественное согласие теории и эксперимента указывает на адекватность теории

процессу перема^ничивания реальной пленки. Аналив вкоперимви-тальных гистереэисных кривых пленок Qd-Со показывает возмоя-ность использования сплавов Bd-Co в качестве объекта для обобщения и систематизации результатов исследования ориентационних перекодов в двухслойных обменносвяаанкых оиотемах о перпендикулярной анизотропией.

8. Впервые проведены исследования влияния методики получения двухслойных образцов на распределение компонентов сплава на поверхности раздела слоев и, следовательно, на величину обменной связи ме»лу ними. При этом установлено;

- слои пленки перемагнкчиваются независимо друг от друга
в случав формирования границы раздела слоев при атмосферном
давлении.. В этом случае обменное взаимодействие между олояки
ослаблено;

. - в процессе роста прослойки внутри пленки за счет диффу-вионного перераспределения атомов ' кислорода в межслойной области происходит увеличение обменного взаимодействия между слоями;

- при формировании поверхности рзздела слоев в условиях с
вакуума камеры осаждения (давление по аргону 10~³ Торр) прос
лойка между аморфными слоями имеет дисперсную кристаллическую
структуру и iO разному взаимодействует с верхним и нижним сло
ями. «

3. Впервые исследованы особенности гистереэисных свойств двухслойных обменносвяэанных пленок cnaaBOB(Gd4S^Tb4sPrio)20-21 Ctoeo-7g/4Gd45^Tb45Prio)22-23C078-77₍ при систематическом варьировании толщины каждого слоя (от 300 до 900 А)'.

Практическая "значимость представленных в диссертационной работе материалов определяется возможность» применения двухслойных обменносвяэанных пленок сплавов РЗ-ПМ в качестве рабочего слоя магнитооптического диска и заключается в следующем:

5. Проведенный анализ экспериментальных ' гистереэисных кривых пленок Gd-Co в рамках модели двухслойной пленки с однородно намагниченными слоями позволяет прогнозировать поля пе-ремагничивания взаимосвязанных систем, что открывает возможность создания обменносвяэанных пленок с заданными магнитными свойствами. '

6. Показана возможность регулирования поли перемагничива-

ниа (о? 0,6 до 8 кЭ) в пленках с антиферромагнитным взаимодействием і.яцду сдоями, путец последовательного химического стравливания верхнего слоя.

3. Установлено оптимальное для ТМЗ соотношение толщин одоев (400 А/400 А) у лдвнрк сплавов (Gd4sTb45Prid)eo-23

Результаты работы способствуют пониманию процессов і перв-магничивания в двухслойных обменносвязанных системах и,і следовательно, более направленному и елективному поиску новых материалов с параметрами, необходимыми для практического приме-нзния.

Диссертационная работа выполнен^ в соответствии с планом ыаучно-иосгедовательских работ Министерства образования Российской федерации на 1992-1993 гг. по теме "Структурная релаксация и магнитные свойства аморфных материалов на основе переходных металлов и их сплавов с РЭМ" (номер госрегистрации 0025107). Результаты диссертационной работы как составная часть входят в программу ГКНО "Новые конструкционные и функциональные материалы" ' (приказ N 639 Госкомобразования СССР от ) в раздел N 20 "Научные основы создания аморфных материалов для устройств магнитной памяти с объемом более 1 ГБТ", запланированный Проблемной лабораторией физики магнитных явлений Иркутского государственного педагогического института в Ш9-1991 годах.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлялись на Всесоюзной симпозиуме по физике аморфных магнетиков*(Красноярск, 1S39 г.), V Всероссийском координационном совєіцании педвузов по физике магнитных материалов (Аотрахань, 1989 г.), XIX Воеооюзной конференции по физике магнитных явлений (Ташкент, 1991 г.), XII, Kill и XIV Всесоюзных шкслах семинарах "Новые магнитные материалы микроэлектроники" (Новгород, 1990 г., Астрахань, 1992 г., Москва, 1SS4 г.), INTERMAG-93 (Стокгольм, 1993 г.). Основное содержание работы опубликовано в 9 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введених», четырех глав, выводов и библиографического списка. Она содержи» 131 наименование литературы, изложена на 139 страницах и содержит 41 рисунок.