Магнитные свойства тонких пленок

Физические характеристики вещества в виде пленки могут существенно отличаться от свойств этого вещества в простом (массивном) состоянии. Пленки могут рассматриваться в качестве образцов, которые имеют две геометрии, это слабая связь между толщины пленки d к его линейным размерам [17]. При такой геометрической форме образца, энергетически выгодное состояние пленки, в котором векторы намагниченности в отсутствии магнитного поля находятся в плоскости пленки. Для намагничивания пленки в его плоскости необходимо установить магнитное поле, напряженность которого гораздо меньше, чем для случая, когда пленка намагничивается перпендикулярно его плоскости.

Выявлено, что специфика геометрической формы пленок приводит к образованию анизотропии формы [18]. Если все направления в плоскости пленок эквивалентны - магнитная плоскостная анизотропия.

В пленках с анизотропией формы существуют и прочие типы анизотропии, создание которой обусловлено рядом причин. Если к пленке в ходе ее подготовки приложить магнитное поле, то в ней образуется одноосная магнитная анизотропия. В плоскости поликристаллической пленки становится энергетически выгодна не всякая ориентация векторов намагниченности, однако лишь та, в ходе которой намагниченность пленки направлена вдоль одного преимущественного направления. Оси в данном событии направлении, называется осью легкого намагничивания (ОЛН). При этом векторы намагниченности M двигаются вдоль ОЛН, что в одном и в другом направлении. При этом оба направления являются идентично устойчивыми. ОЛН, как правило, совпадает с направлением намагниченности пленки (зависит от ориентации внешнего магнитного поля приложенного в процессе образования пленки). На анизотропию воздействуют разные факторы: кристаллическая структура пленки, упругие напряжения, преимущественная ориентация пар атомов определенного сорта в сплаве [19].

При отклонении магнитного момента намагниченной пленки от ОЛН ее энергия возрастает. Изменение энергии Е пленки при отклонении намагниченности от ОЛН.

E = VKusinϕ (2)

где Е - энергия анизотропии, Ku- среднее значение константы анизотропии, sinϕ - угол между направлением намагниченности и ОЛН, V - объем пленки.

Ось, перпендикулярная к ОЛН называется осью трудного намагничивания (ОТН). При ориентации векторов намагниченности вдоль ОТН, как видно из, энергия одноосной анизотропии максимальна.

В пленках в определенных условиях могут образовываться ОЛН, направленные перпендикулярно к ее плоскости – перпендикулярная анизотропия. Пленки с перпендикулярной анизотропией могут быть использованы в запоминающих устройствах в вертикальном способе записи. В этом случае локальные участки пленки, выполняющую роль слоя магнитного носителя, перемагничиваются в направлении, перпендикулярном к поверхности [20]. Последовательность этих локальных участков небольшого размера представляет записанную цифровую информацию. Ориентация намагниченности по нормали плоскости пленки обеспечивает большую информационную емкость магнитных носителей.

Особенность данных пленок играет большую роль для их применения в качестве среды для продольной магнитной записи - так как играет роль рабочего слоя носителя магнитной записи (например, магнитный диск).

Выявлено, что в пленках могут возникнуть различные типы анизотропии, которые существенно влияют на процессы перемагничивания тонкопленочных образцов.

Анизотропия является наиболее важной свойством ферромагнитных материалов и оказывает существенное влияние на процессы перемагничивания, коэрцитивную силу и другие физические характеристики пленок.

Известно, что в пленках ПДФ может происходить переключение диэлектрик-проводник (проводимость скачкообразно повышается на несколько порядков величины) при одноосном сжатии образца структуры электрод/полимер/электрод до давления около 10 кПа в поле напряженностью несколько единиц В/см [21].

В работе [22] представлена зависимость полимерной пленки от значения внешнего магнитного поля. Пленка ПДФ находилась в начальном состоянии с малым сопротивлением ~ 10 Ом. Когда достигается пороговое внешнее магнитное поле, пленка скачком переходит в низкопроводящее состояние. При уменьшении внешнего магнитного поля происходит обратный переход в высокопроводящее состояние. При этом наблюдалась хорошая воспроизводимость при комнатной температуре и небольшие значения магнитного поля для переключения менее 0,5 Тл. На основе исследований был сделан вывод - пороговое магнитное поле переключения (магнитное поле при котором происходит резкое уменьшение проводимости полимера) сильно зависит от времени предварительной выдержки, уменьшаясь в несколько раз, по отношению к предыдущему переключению. Выдерживание рабочей ячейки в магнитном поле (силовые линии направлены перпендикулярно плоскости электрода) приводит к изменению начального состояния ферромагнитной подложки.

Увеличение остаточной намагниченности ведет к уменьшению порогового значения магнитного поля переключения проводимости структуры. Это приближает подложку к технически насыщенному состоянию.

Намагничивание изменяет энергию носителей заряда в никеле. И влияние магнитного поля заключается в небольшом смещении уровней энергии для носителей заряда в ферромагнетике. Если энергия носителей заряда в ферромагнитном электроде не совпадает с уровнем сформированной узкой зоной когерентного переноса заряда в полимерной пленке, то существует небольшой потенциальный барьер, на преодоление которого может оказать энергия магнитной анизотропии. Если внешнее поле ориентируется в заведомо «легком» направлении, то потенциальный барьер меньше, а ток больше [23]. Таким образом был сделан вывод о том, что при ориентации внешнего магнитного поля вдоль плоскости реализуются электронное переключение проводимости и спин-вентильный эффект в довольно толстой полимерной пленке [24].

Глава 2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫХ ЭФФЕКТОВ

Дата добавления: 2014-12-23