Новости науки12.12.01. Исследуя границы.

Наряду с фундаментальным интересом, связанным с исследованием анизотропии обменного взаимодействия, изучение границы между ферромагнетиком и антиферромагнетиком важно и с точки зрения практических применений, например, создания магнитных запоминающих устройств. Группе ученых из Стэнфорда и Беркли удалось исследовать магнитную и химическую структуру границы между слоями ферромагнитного и антиферромагнитного материалов и показать, что происходит формирование ферромагнитного интерфейсного слоя, а это приводит к существенному увеличению коэрцитивной силы.

Границы раздела (интерфейсы) во многом определяют свойства твердотельных гетероструктур, поэтому исследование кристаллографической, электронной, магнитной структуры интерфейсов является задачей большой важности. В частности, исследование магнитной структуры интерфейсов в гетероструктурах и гибридных структурах важно как для перспективных направлений, таких как спинтроника, так и для традиционных, таких как разработка энергонезависимых магнитных запоминающих устройств с высокой плотностью записи информации. Мы уже писали о предложении использовать для создания сред с высокой плотностью записи с повышенной стабильностью нанесение ферромагнитных "островков" на антиферромагнитные, а не на немагнитные подложки. При теоретическом рассмотрении предполагалось, что граница между ферромагнитным и антиферромагнитным слоями резкая, что, вообще говоря, является идеализацией - в реальности часто имеется "переходный" слой между двумя материалами. Естественно, наличие и свойства интерфейсного слоя могут приводить к существенным отклонениям от "идеализированных" расчетных характеристик устройств. Однако экспериментально исследовать скрытые в глубине структур границы в силу очевидных причин очень непросто. Американским ученым впервые удалось непосредственно "увидеть" границу антиферромагентик/ферромагнетик [1].

Рис.1. Слева - схематическое изображение структуры NiO/Co, справа приблизительно показан вклад в фотоэмиссионный сигнал каждого монослоя (в зависимости от расстояния от поверхности структуры).

Ученые исследовали структуру MgO/NiO/Co/Ru с толщинами антиферромагнитного слоя NiO и ферромагнитного слоя Co в 1 нанометр и покрывающего слоя рутения 2 нм. Для изучения магнитной и химической структуры интерфейса использовалась рентгеновская фотоэмиссионная электронная микроскопия (с пространственным разрешением порядка 50 нм) - производился анализ спектра фотоэлектронов, вылетающих под действием рентгеновского излучения. Рисунок 1 схематично поясняет ситуацию: вследствие конечной глубины поглощения рентгеновских лучей (менее 20 нм в данном случае) и малой толщины слоев интерфейсный слой дает ненулевой вклад в сигнал. Так как каждый материал характеризуется собственной электронной структурой, то, зная геометрию исследуемой структуры и анализируя спектр электронов, вылетевших под действием рентгеновских лучей с энергией вблизи края поглощения конкретного вещества, можно сделать заключение о наличии или отсутствии интерфейсного слоя. Было показано, что в исследумых структурах существует интерфейсный слой CoNiO_x с толщиной порядка 2 монослоев (толщину слоя можно было увеличивать путем отжига структуры). С помощью исследования поглощения линейно (циркулярно) поляризованных рентгеновских лучей (использовался эффект магнитного линейного (циркулярного) дихроизма) удалось визуализировать доменную структуру слоев, в том числе и интерфейсного слоя CoNiO_x, где вследствие появления "нескомпенсированных спинов" имеет место ферромагнитное упорядочение. Важным с практической точки зрения является тот факт, что существование интерфейсного слоя приводит к значительному увеличению коэрцитивной силы (т.е. возрастанию величины магнитного поля, необходимого для устранения остаточной намагниченности материала); причем величину коэрцитивной силы можно варьировать, меняя толщину интерфейсного слоя.

1. H.Ohldag, T.J.Regan, J.Stohr et al., Phys.Rev.Lett. v.87, 247201 (2001).

перейти к началу страницы