Магніторезистивні властивості багатошарових плівкових систем на основі Fe і Cr

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Магніторезистивні властивості багатошарових плівкових систем на основі Fe і Cr

Зміст

Вступ

1. Магніторезистивні властивості багатошарових плівкових систем на основі Fe і Cr

1.1 Магнітні властивості плівкових матеріалів

1.1.1 Cпін-поляризоване розсіяння носіїв струму в металевих феромагнетиках

1.1.2 Феромагнітне впорядкування

1.1.3 Антиферомагнітне впорядкування

1.1.4 Експериментальне виявлення і вивчення гігантського магнітоопору

1.1.5 Пояснення гігантського магнітного опору на основі зонної теорії

1.2 Магніторезистивні властивості плівкових систем на основі Fe/Cr

Розділ 2. Методика і техніка експерименту

2.1 Обладнання для отримання тонкоплівкових зразків

2.2 Методика дослідження магнітоопору

Розділ 3. Дослідження магніторезистивних властивостей багатошарових плівкових систем на основі Fe ТА Cr

3.1 Дослідження магніторезистивних властивостей плівкових зразків на основі Fe/Cr

3.2 Магнітний коефіцієнт опору

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Робота присвячена новому явищу - гігантському магнітоопору (ГМО знайденому в магнітних мультишарах і магнітних напівпровідниках). Цей ефект обумовлено особливостями розсіяння спін-поляризованих носіїв струму в гетерогенних магнітних структурах і мультишарах.

Магнітні матеріали забезпечили рішення багатьох технологічних задач і в помітному ступені сприяли науково-технічному прогресу в сучасному світі. Тут можна наголосити на магнітом'які і магнітожорсткі матеріали для електротехніки і радіотехніки, моторів і генераторів, техніки СВЧ, магнітної пам'яті, кредитних карток і багато інших. В той же час в магнетизмі спостерігалося відставання в порівнянні з напівпровідниками при створенні пристроїв, що працюють на відстанях порядка нанометрів. Саме на відстанях порядку розміру атома або порядка десять атомних розмірів (близько нанометра) очікуються нові кооперативні магнітні ефекти унаслідок того, що радіус дії обмінних взаємодій, які приводять до магнітного впорядкування (феромагнітного або антиферомагнітного), складає декілька міжатомних відстаней [1].

Метою цієї роботи є дослідження магніторезистивних властивостей багатошарових плівкових систем на основі Fе/Cr та впливу різних факторів на величину ГМО в даних мультишарових системах.

1. Магніторезистивні властивості багатошарових плівкових систем на основі Fe і Cr

1.1 Магнітні властивості плівкових матеріалів

У останнє десятиріччя намітився прогрес в створенні багатошарових магнітних плівок і штучно створених магнітних структур, в яких виникають нові ефекти завдяки взаємодії “магнітних електронів” з штучно створеними нанорозмірними структурами. В розроблених на цих принципах пристроях використовується комбінація магнетизму і електроніки, тому можна говорити про народження нової області магнетизму і техніки - магнітоелектроніки. Одним з ефектів, який забезпечує прогрес магнітоелектроніки, є гігантський магнітоопір, виявлений в магнітних мультишарах і гранульованих магнітних структурах.

Ефект магнітоопору д_Н (або гальваномагнітний ефект) - ця відносна зміна електроопору при приєднанні магнітного поля [1]:

де с(0) - електроопір за відсутності поля;

с(H) - електроопір в полі H.

Фізична природа гальваномагнітних явищ в класичних феромагнетиках (Fe, Co, Ni і їх сплавах) була предметом широких досліджень Н.С. Акулова, С.В. Вонсовського, К.П. Бєлова і їх учнів. Величина магнітоопору при паралельній орієнтації поля і струму (подовжній гальваномагнітний ефект) складає при кімнатній температурі у феромагнітних залізі і нікелі відповідно д ~ 0,07% і д ~ 1,5% в полі H = 1 Тл.

Наступний етап в дослідженні магнітоопору був пов'язаний з вивченням цього ефекту в шаруватих ферро- і антиферомагнетиках. В деяких випадках було знайдено сильну зміну електроопору магнетиків при індукції зовнішнім магнітним полем фазових переходів антиферромагнетизм-феромагнетизм. Ці дані поза сумнівом індукували проведення досліджень магнітоопору в штучно створених магнітних структурах, де довжина вільного пробігу носіїв струму прирівняна до періоду цієї структури [2]. Раніше магнітоопір в класичних феромагнетиках вивчали в масивних матеріалах, де характерна довжина магнітних неоднорідностей значно перевершувала довжину вільного пробігу електронів, тобто відстань, яку пробігає електрон до зіткнення.

Ефект гігантського магнітоопору, спочатку спостерігався в багатошарових структурах, які складаються з почергових магнітних і немагнітних провідних шарів (рис. 1.1) [3]. Такі структури називають магнітними надрешітками. Товщина шарів, як правило, складає частки-одиниці нанометрів. Ефект полягає в тому, що опір структури, виміряний при струмі, що тече в площині системи, залежить від взаємного напряму намагніченості сусідніх магнітних шарів. Так, при паралельній намагніченості шарів опір, як правило, низький, а при антипаралельному - високий.

a)	б)

Рисунок 1.1 ? Магнітні надрешітки, на яких спостерігається ефект ГМО.

Схематично зображений транспорт електронів протилежних поляризацій у випадку а) паралельної і б) антипаралельної орієнтацій намагніченостей магнітних шарів. У нижніх частинах рисунків зображені еквівалентні електричні схеми відповідні цим двом конфігураціям [3].

Відносна зміна опору системи складає від 5 до 50% залежно від матеріалів, кількості шарів і температури. Ця величина на порядок більше, ніж у попередника ефекту гігантського магнітоопору - ефекту анізотропного магнітоопору, чим і пояснюється назва першого.

У основі ефекту ГМО лежать два важливі явища. Перше полягає в тому, що у феромагнетику електрони з одним напрямом спіну (або однією спіновою поляризацією, як прийнято говорити) розсіюються набагато сильніше, ніж електрони протилежної поляризації (виділений напрям задає намагніченість зразка). Друге явище полягає в тому, що електрони, виходячи з одного феромагнітного шару, потрапляють в інший, зберігаючи свою поляризацію. Таким чином, у разі паралельної конфігурації шарів ті з носіїв, які розсіюються менше, проходять всю структуру без розсіяння; а носії протилежної поляризації витримують сильне розсіяння в кожному з магнітних шарів (рис. 1.1, а). У разі ж антипаралельної конфігурації системи (рис. 1.1, б), носії обох поляризацій сильно розсіюються в одних шарах і слабко в інших. Опір системи можна умовно зобразити у вигляді двох сполучених паралельно наборів опорів, відповідних двом поляризаціям спінів; при цьому кожний з опорів в цих наборах відповідає великому або малому розсіянню носіїв даної поляризації в конкретному магнітному шарі [3]. Такі схеми для паралельної і антипаралельної конфігурацій шарів зображені внизу рисунку 1.1 а, б.

Для функціонування пристроїв на основі ефекту ГМО важливою є можливість створення антипаралельної конфігурації шарів (рис. 1.1,б). Такі конфігурації вдається одержувати при нульовому полі завдяки наявності так званої міжшарової обмінної взаємодії. Виявляється, енергія E_int.l. взаємодії двох магнітних шарів з намагніченостями M₁ та M₂, розділених немагнітним про-шарком завтовшки ds, має (в першому наближенні) гейзенберговский вигляд [3]:

E_int.l=?J₁(М₁•М₂)

При цьому коефіцієнт J₁ залежить від товщини немагнітного прошарку ds осцилюючим чином, так, що при одних значеннях ds J₁ є позитивною, а при ін-ших - негативною величиною. Відповідно, можна підібрати товщину немагнітних шарів так, щоб енергетично вигідною була антипаралельна конфігурація шарів. Цікаво, що саме дослідженням міжшарової взаємодії в багатошарових магнітних структурах займалися спочатку відкривачі ефекту, перш ніж знайшли нову незвичайну їх властивість - гігантський магнітоопір.

Як елементи на основі ефекту ГМО як правило використовується структура, що одержала назву вентиль (spin valve) спіну (рис. 1.2). В ній один з магнітних шарів напилений на шар антиферомагнетика. Завдяки обмінній взаємодії між електронами феромагнетика і антиферомагнетика спіни в цих двох шарах стають жорстко зв'язаними між собою. Оскільки зовнішнє магнітне поле не дуже великої величини не дає впливу на антиферомагнетик, то намагніченість магнітного шару виявляється закріпленою (це явище одержало назву однонаправленої або обмінної анізотропії) [4].

Рисунок 1.2 ? Схемне зображення вентиля спіну. Нижній шар - шар антиферомагнетика [3]

Такий шар, намагніченість якого в деякому інтервалі полів може вважатися незмінною, називають закріпленим або фіксованим. Другий же магнітний може бути вільно перемагнічений зовнішнім полем, тому його називають вільним.

Механізми ефектів ГМО в СПП-геометрії (струм паралельний площині зразка) та геометрії, коли струм перпендикулярний до площини зразка (СПРП) в основних рисах схожі; при цьому значення магнітоопору, одержані для першого ефекту, приблизно в два рази більше, ніж для другого.

Типові значення R складають десятки Ом, а для тих, що використовуються в індустрії вентилів спінів складає 6-10%.

Опір вентиля спіну R може бути з хорошою точністю описано за допомогою формули:

де R₀ - опір структури при паралельній намагніченості шарів;

ДR_gmr - інкремент опору, обумовлений ефектом ГМО;

и - кут між намагніченостями магнітних шарів.

Проте абсолютний опір металевих надрешіток, повна товщина яких складає порядка десятків нанометрів, при вимірюванні в СПП геометрії дуже різний і його досить важко зміряти. Тому для практичних вживань ефект ГМО в CПП геометрії набагато менш привабливий [5].

1.1.1 Спін-поляризоване розсіяння носіїв струму в металевих феромагнетиках

Електричний струм в металевих провідниках (металах і сплавах) обумовлений переміщенням під дією електричного поля слабо пов'язаних з кристалічними гратками валентних електронів, які є носіями електричного струму, тобто електронами провідності. За відсутності електричного поля ці електрони хаотично переміщаються по кристалу. При включенні електричного поля на хаотичний тепловий рух цих електронів накладається впорядковане переміщення електронів провідності у бік позитивного потенціалу[4].

Електрони є квантовими частинками, що володіють хвильовими властивостями, тому істотне значення має взаємодія електронних хвиль з кристалічними гратками. В правильних кристалічних періодичних гратках електронні хвилі розповсюджуються вільно, відчуваючи тільки зіткнення один з одним, в результаті чого виникає невеликий по величині внесок за рахунок розсіяння при електрон-електроних зіткненнях с₀. Теплові коливання атомів, що створюють кристалічну гратку, приводять до порушення періодичного розташування цих атомів, унаслідок чого відбувається розсіяння електронів провідності на фононах - теплових коливаннях атомів і виникає фононий внесок в електроопір с_ф(T), зростаючий з температурою. Крім того, існує залишковий електроопір с₀, який звичайно є незалежним від температури і викликається розсіянням на спотвореннях, дефектах кристалічних граток, а також на атомах домішок [4].

У магнітоупорядкованих матеріалах (феромагнетиках, феримагнетиках і антиферомагнетиках) існує також значний по величині магнітний внесок в електроопір, обумовлений розсіянням електронів провідності на магнітній структурі, утвореній магнітними моментами атомів [2].

У багатьох металевих магнетиках ці внески адитивно складаються:

Магнітний внесок с_м в деяких матеріалах дуже великий і навіть перевищує решту внесків.

Розсіяння електронів провідності на магнітному безладі пропорційне середньому значенню квадрата спіну магнітного атома, що розсіює електрони провідності.

Це розсіяння максимальне в парамагнітному стані, де магнітні моменти атомів хаотично розташовуються по різних напрямах [4].

1.1.2 Феромагнітне впорядкування

Феромагнетизм характеризується паралельним (колінеарним) дальнім порядком в розташуванні магнітних моментів в системі. У феромагнетиках обмінна взаємодія долає дезорієнтуючу дію теплового руху при Т < Т_С і орієнтує магнітні моменти паралельно. Деякий розкид в орієнтації магнітних моментів унаслідок теплового руху пригнічується обмінною взаємодією при Т --» 0 К. У феромагнетиках обмінні інтеграли позитивні (A_ij > 0) і обмінна взаємодія переважає над іншими видами взаємодій, чутливими до орієнтації магнітних моментів. Наявність макроскопічної намагніченості зразка сильно збільшує магнітостатичну енергію. Її мінімізація відбувається тоді, коли зразок розбивається на домени, усередині яких є спонтанна намагніченість уздовж осі легкого намагнічення, якою є одна з кристалічних осей. Температурна залежність спонтанної намагніченості I_s приведена на рис. 1.3. Видно, що величина I_s монотонно зменшується з нагріванням і зникає при Т > Т_С. При Т > Т_С має місце парамагнітний стан з хаотичною орієнтацією магнітних моментів при Н = 0, при Т< Т_С виникає феромагнітний стан з паралельною орієнтацією магнітних моментів [1, 4]. При збільшенні магнітного поля Н намагніченість зразка зростає за рахунок змішення меж доменів і процесів обертання спонтанної намагніченості. Перший процес пов'язаний із зростанням об'єму доменів, біля яких напрям I_s орієнтований найбільш вигідно енергетично по відношенню до поля (кут між I_s і Н якнайменший).



Рисунок 1.3 ? Температурні залежності спонтанної намагніченості I_s і зворотної магнітної сприйнятливості 1/ч феромагнетику [4]

Другий процес -- обертання -- обумовлений поворотом векторів I_s від осі легкого намагнічення до напряму прикладеного магнітного поля.

В парамагнітній області при Т > Т_С для магнітної сприйнятливості виконується закон Кюрі--Вейса:

де и_р -- парамагнітна точка Кюрі; С -- постійна Кюрі--Вейса.

Як можна бачити на рис. 1.3, а, величина 1/ч для феромагнетиків змінюється лінійно з температурою. В ізотропних однорідних по складу феромагнетиках з малою магнітною анізотропією Т_С і и_р мають близькі значення. В анізотропних феромагнетиках величина и_р приймає різні значення для осі легкого намагнічення і осі важкого намагнічення, а також помітно відрізняється від температури Кюрі Т_С. Постійна Кюрі-- Вейса пов'язана з ефективним магнітним моментом іона м_еф у феромагнетиках з локалізованими магнітними моментами [4]:

k_Б -- постійна Больцмана.

У феромагнетиках, де магнітні моменти електронів локалізовані на іонах, спонтанна намагніченість зразка складається з магнітних моментів ізольованих іонів.

1.1.3 Антиферомагнітне впорядкування

У ідеальному антиферомагнетику однакові магнітні іони займають в кристалічних гратах кристалографічно еквівалентні позиції і утворюють дві взаємнопроникаючі феромагнітні підгратки, магнітні моменти яких орієнтовані протилежно, внаслідок чого спонтанна намагніченість зразка відсутня. Антиферомагнетизм -- це також кооперативне явище, яке характеризується дальнім порядком в системі магнітних моментів [2]. Кожний іон оточений іонами з магнітними моментами, орієнтованими протилежно його магнітному моменту. Це обумовлено тим, що обмінні інтеграли A_ij є негативними (A_ij < 0) і перевищують по абсолютній величині магнітокристалічні взаємодії.

Магнітна сприйнятливість ч антиферомагнетика має максимум при температурі Нєєля T_N. При Т > T_N тепловий рух розупорядковує дальній антиферомагнітний порядок і речовина стає парамагнетиком. Магнітна сприйнятливість при Т > T_N задовольняє закону Кюрі--Вейса з негативним значенням парамагнітної температури Кюрі.

У деяких речовинах комбінація обміну і спін-орбітальної взаємодії призводить до того, що магнітні моменти підграток стають не строго антипаралельними, унаслідок чого виникає слабкий феромагнітний момент М. Такі магнетики називають слабкими феромагнетиками. Слабкий феромагнетизм антиферомагнетиків був відкритий і пояснений А.С. Боровиком-Романовым і І.Е. Дзялошинськім.

У 3d-ферромагнитных матеріалах (Fe, Co, Ni) окрім 4s-електронів в процесах провідності беруть участь також і магнітні 3d-електрони. Магнітний момент цих металів відображає розбаланс між числом 3d-електронів із спінами, направленими “вгору” (по напряму результуючої намагніченості), і числом 3d-електронів із спіном “вниз” (рис. 1.4). Електрони, що переносять електричний струм, - це електрони на рівні Фермі E_F - на верхівці зони заповнених станів [1,4].

У нормальному металі, наприклад міді, N₊ = N_-, тому намагніченість рівна нулю і електрони провідності не поляризовані. У феромагнітних 3d-металлах (Fe, Co, Ni) відбувається “перетікання” 3d-електронів з однієї зони в іншу, щоб компенсувати зростання кінетичної енергії електронів при виникненні обмінної взаємодії між ними. Намагніченість I дорівнює магнітному моменту електрона м_B, помноженому на різницю електронів в 3d-зонах (N₊-N_-):

Істотно, що поляризовані 3d-електрони (в усякому разі їх значна частина) приймають участь в процесах провідності разом з валентними електронами (s- і p-типа).

Як видно з рис. 1.4, в результаті обмінного розщеплювання 3d-зон в 3d-металлах зони електронів із спінами “вгору” і “вниз” заповнені неоднаково і володіють різною густиною станів N(E) на рівні Фермі E_F.

Для оцінки ефективності спін-поляризованого транспорту носіїв струму важливо визначити, на яких відстанях при своєму русі електрон провідності “пам'ятає” або, строго кажучи, зберігає орієнтацію свого спіну. Характерна довжина цієї відстані l_s пропорційна добутку середньої швидкості електрона на час релаксації спіну ф_s, протягом якого зберігається напрям спіну рухомого електрона провідності.



Рисунок 1.4 ? Залежність густини станів N(E) від енергії E 3d-електронів. Зони заповнених станів для зони із спіном “вгору” і для зони із спіном “вниз” забарвлені в сірий колір, E_F - рівень Фермі, що відділяє заповнені стани від незаповнених [1]

Не дивлячись на складність даного питання, можна вважати на основі останніх експериментальних даних, що в багатьох металевих феромагнетиках величина l_s перевищує 1-10 нм, що дозволяє за певних умов спостерігати ефекти спін-поляризованого транспорту [4].

1.1.4 Експериментальне виявлення і вивчення гігантського магнітоопору

Вперше гігантський магнітоопір було знайдено в штучно створеній магнітній надрешітці Fe/Cr в 1988 р. Величина д при T = 4,2 К в полі H~ 2 Тл перевищувала тут 90%. До цього моменту пройшло рівно сто років після публікації в “Вчених записках Московського університету” роботи російського ученого Д.А. Гольдгаммера, який досліджував магнітоопір в Fe і Ni.

Проведені в 1988-1994 рр. дослідження показали, що ефект гігантського магнітоопору існує в багатьох магнітних мультишарах із загальною формулою Ф1/П/Ф2, де Ф1 і Ф2 позначають шари 3d-феромагнітного металу, а П - шар неферомагнітного перехідного металу (V, Cr, Nb, Mo, Ru, Re, Os, Ir) або благородного металу (Cu, Ag, Au). Товщина проміжного шару П складає, як правило, 1-2 нм. Гігантський магнітоопір спостерігався в магнітних мультишарах при зміні відносної орієнтації магнітних моментів шарів від антипаралельної до паралельної [6].

Було досліджено такі основні типи мультишарових структур [1].

1. Мультишари, в яких сусідні феромагнітні шари зв'язані між собою анти-феромагнітною обмінною взаємодією (Fe/Cr). Недоліком таких структур вияв-ляється велике поле насичення, вище якого існує гігантський магнітоопір (2 Тл).

2. Мультишари, що складаються з феромагнітних шарів з різними коерцитивними силами, наприклад Ni80/Fe20/Cu/Co/Cu/П. Тут під дією магнітного поля магнітна конфігурація змінюється від антипаралельного розміщення магнітних моментів до паралельного. Величина поля підбирається проміжною між двома значеннями коерцитивної сили, якими володіють різні магнітні шари. Перевагою цих структур є порівняно низькі значення полів насичення, при яких спостерігається амплітуда гігантського магнітоопору. Зазвичай ці поля H_s ~ (0,4 - 5) мТл.

3. Спін-вентільні сандвічі. В цих структурах обмінний зв'язок між феромагнітними шарами сильно ослабляється за рахунок достатньо протяжної (1,5 - 5 мТл) немагнітної провідної прокладки з благородного металу (Cu, Ag або Au). Перехід від антипаралельної орієнтації магнітних моментів шарів до паралельної супроводжується різким зменшенням електроопору. Перевагою спін-вентильних сандвічів є вельми низькі поля насичення H_s ~ (0,2 - 0,4 мТл), при яких виникає гігантський магнітоопір. Крім того, амплітуда гігантського магнітоопору в них лінійно залежить від кута повороту намагніченостей шарів один щодо одного, що важливо при використанні магніторезистивних елементів в пристроях для зчитування інформації, записаної на магнітних носіях.

4. Гранульовані плівки і структури. В цих структурах феромагнітні зерна з розмірами порядка нанометрів вкраплені в немагнітну матрицю. Початковий стан (H = 0) характеризується безладною орієнтацією магнітних моментів зерен. Тут електроопір максимальний через розсіяння на спінах магнітних атомів в зернах. Коли зовнішнє поле орієнтує магнітні моменти зерен паралельно, розсіяння електронів провідності на спінах і електроопір сильно зменшуються. Гранульована структура в плівках може бути створена сумісним напиленням феромагнітних і немагнітних матеріалів, що не змішуються, в одиночному товстому шарі (наприклад, кобальту і міді). Відпал при підвищеній температурі створює фазову сепарацію, в результаті якої в немагнітній матриці Cu виникають феромагнітні зерна з Co. Гранульована структура створюється також в матеріалах, де феромагнітні зерна ізолюються легко дифундуючим благородним металом Ag. При відпалі атоми Ag дифундують уздовж меж зерен феромагнетика і відділяють створені зерна один від одного [1]. В результаті створюється специфічна гранульована структура з найдрібніших феромагнітних зерен, ізольованих магнітно один від одного сріблом.

1.1.5 Пояснення гігантського магнітного опору на основі зонної теорії

Роздільне існування двох груп носіїв провідності (s-, d- і гібридизовані 3d-електрони) із спінами “вгору” і “вниз” допускає в першому наближенні, що існують два незалежних канали провідності для кожної орієнтації спіну. Густина сумарного струму є сумою j_^ струму носіїв із спіном “вгору” і j_v струму носіїв із спінами “вниз”. Якщо струми j_^ і j_v протікають через феромагнітне середовище з певним напрямом намагніченості, наприклад “вгору”, то опори для першої і другої груп електронів розрізнятимуться.

Джерелом гігантського магнітоопору і є механізм неоднакового розсіяння двох груп електронів, що різняться орієнтацією спінів по відношенню до напряму намагніченості магнітної структури, що розсіює електрони. Для реалізації цього механізму необхідно, щоб середні довжини вільного пробігу l істотно розрізнялися для електронів з напрямами спінів “вгору” і “вниз”. Така ситуація спостерігається в 3d-феромагнітних металах, де унаслідок обмінного розщеплення 3d⁺- і 3d^--зон виникають при Е > Е_F відмінності в густині незайнятих станів, в які розсіюються електрони із спінами “вгору” і “вниз” [1,4]. Це і приводить до залежності швидкості розсіяння від напряму спіну електронів. В результаті електрони із спіном “вгору” слабо розсіваються, а електрони із спіном “вниз” розсіюються сильніше. Розсіюючими центрами для цих електронів є магнітні неоднорідності, дефекти кристалічних граток, межі зерен, теплові коливання граток (фонони). Відношення довжин вільного пробігу цих двох груп електронів в мультишарових структурах l_^/l_v ? 5-10.

Розглянемо, наприклад, яким чином виникає гігантський магнітоопір в магнітній мультишаровій структурі, що складається з антипаралельно намагнічених магнітних шарів з товщиною порядка 2 нм, які розділені немагнітними шарами (з Cr ,Cu, Al і ін.) При магнітному насиченні в сильному полі Н > Н_s намагніченості магнітних шарів паралельні. Електрони із спіном, паралельним намагніченості, слабо розсіваються у всіх шарах і, отже, створюють велику частину електричного струму. Навпаки, електрони із спіном, антипаралельним намагніченості, розсіваються сильно і вносять менший по величині внесок в електричний струм. В результаті при Н > Н_s електроопір мультишарової структури буде зменшений на деяку величину щодо опору для випадку Н=0 [6]. Дійсно, в структурі з антипаралельною орієнтацією магнітних моментів шарів електрони провідності обох груп зустрічають при своєму русі шари, намагнічені паралельно, і шари, намагнічені антипаралельно, тому електрони при Н= 0 розсіваються то сильно, то слабко, коли вони перетинають послідовні магнітні шари. Отже, електроопір тут буде вище, ніж при Н > Н_s.

Останніми роками було встановлено, що в мультишарах значний внесок в гігантський магнітоопір вносить також інтерференція електронних хвиль, відображених від зовнішніх і внутрішніх меж інтерфейсів - поверхонь, що розділяють магнітні і немагнітні шари. Ці ефекти спостерігалися для двох геометрій: струм в площині шарів і струм перпендикулярно площині шарів. Гігантський магнітоопір осцилює з товщиною шарів унаслідок замикання електронів в стінках, утворених потенційними бар'єрами на інтерфейсах. Середня довжина вільного пробігу електронів в інтерфейсах виявляється також неоднаковою для різних орієнтацій спіну (наприклад, л_^ ~ 2 нм, а л_v ~ 0,4 нм). Інтерфейси діють як спінові фільтри, що пропускають електрони провідності тільки з однією поляризацією [6]. Особливо яскраво цей ефект виявляється на інтерфейсах мультишарів Fe/Cr, що пояснюється резонансними станами в інтерфейсах.

1.1.6 Магніторезистивні властивості багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cr

Особлива увага до мультишарів [Fe/Cr]_n/П або багатошарових плівкових систем Fe/Cr…/Fe/Cr/П (П - підкладка) пов'язана з тим, що в цих мультишарах вперше [7] в 1988 році спостерігався ефект спін-залежного розсіювання електронів (ГМО).

Ефект ГМО виникає у зв'язку з тим, що магнітні моменти двох сусідніх шарів Fe мають антипаралельну (антиферомагнітну) орієнтацію [8]. У магнітному полі певної величини, прикладеному паралельно площині шарів, руйнується обмінний антиферомагнітний зв'язок між сусідніми шарами Fe і електричний опір різко зменшується (при Т = 4,2 К величина ГМО більше 90%).Величина ГМО залежить не тільки від геометрії його дослідження, але і від товщини окремих шарів (у результаті чого спостерігається його осцилююча залежність), квантових розмірних ефектів та будовою інтерфейсу [8].

У надрешітці або мультишарах Fe/Cr феромагнітні шари Fe чергуються з неферомагнітними шарами хрому Cr (рис. 1.5). Було знайдено, що магнітні моменти атомів Fe в межах одного шару паралельні, а магнітні моменти сусідніх шарів Fe орієнтовані антипаралельно (антиферомагнітно). В магнітному полі, перевищуючому поле насичення H_s і прикладеному в площині шарів, антиферомагнітний обмінний зв'язок між магнітними моментами шарів Fe руйнується і всі магнітні моменти атомів Fe виявляються паралельними один одному (рис. 1.5). Магнітне поле, яке викликає цей перехід, складає досить велику величину H ? 2 Тл. В результаті стрибкоподібної переорієнтації магнітних моментів електроопір різко зменшується (рис. 1.6), оскільки його величина при паралельній орієнтації моментів (у феромагнітній структурі) багато нижче, ніж в антиферомагнітній [7].

Амплітуда гігантського магнітоопору залежить від індивідуальних характеристик матеріалів з яких складаються парні шари, а також від товщини цих шарів [9].

Рисунок 1.5 ? Атомні шари Fe і Cr в мультишаровій структурі Fe/Cr. Стрілки показують напрями магнітних моментів атомів Fe [1]

На даний момент встановлено, що крім обмінної взаємодії в ефекті ГМО велику роль відіграє інтерфейсний механізм розсіювання. Причому, якість інтерфейсу між феромагнітними і антиферомагнітними шарами має надзвичайно сильний вплив на величину і характер ефективної обмінної взаємодії. Оскільки інтерфейси мають як маломасштабні флуктуації в межах декількох моношарів біля межі поділу, обумовлені взаємною дифузією атомів), так і крупномасштабні (геометричні) флуктуації рел'єфу межі поділу шарів, які отримали назву "шорсткість", то для розуміння механізму обмінної взаємодії необхідно досліджувати як морфологію інтерфейсів, так і процеси перерозподілу зарядів і спінової густини квазічастинок [8].

Бейбіч і Бротто вивчали магнітоопір мультишарів (001)Fe/(001)Cr, виготовлених за допомогою молекулярно-променевої епітаксії. Магнітні властивості досліджувалися шляхом вимірювання намагнічення і обертаючого моменту [7].

плівка феромагніт магнітоопір експеримент

Рисунок 1.6 - Залежність величини електричного опору від величини магнітного поля для магнітних мультишарів [Fe(3)/Cr(х)]_N/П при 4,2 К за даними Бейбіча і ін. Струм і магнітне поле в площині плівки [7]

Намагнічення у площині шарів антиферомагнетика Cr і феромагнетика Fe виникає, коли товщина Cr менше 3 нм. Цей вплив товщини антиферомагнетика показаний на рис. 1.7.

Зі зменшенням товщини шару Cr від 3 нм петлі гістерезиса інтенсивно приймають похиле положення [7]. Більш крутий ріст магнітоопору з кількістю фрагментів для мульшарової системи [Fe/Cr]_n спостерігається для випадку з дуже тонким підшаром та верхнім шаром Cr, ніж для товстих шарів Cr [10]. Результати, представлені на рис. 1.8, дуже подібні до результатів багатьох магнітних мультишарових плівкових систем.



Рисунок 1.7 - Петлі гістерезиса при температурі 4,2 К з прикладеним полем у СПП площині для декількох мультишарів Fe/Cr[Fe(6)/Cr(6)]₅/П, [Fe(3)/Cr(3)]₁₀/П, [Fe(3)/Cr(1,8)]₃₀/П, [Fe(3)/Cr(1,2)]₁₀/П, [Fe(3)/Cr(0,9)]₄₀/П. Число поряд з кожною кривою означає товщину шарів Cr [7]

Рисунок 1.8 - Залежність насичення магнітоопору від товщини шару Cr для двох серій мультишарів Fe/Cr на основі Si/ Cr(1)/[ Fe(1,8)/ Cr(0,9)]_N/ Cr(1) /П (верхня лінія) та Si/Cr(11,5)/[Fe(1,6)/Cr(1,15)]_N/Cr(1,5) /П (нижня лінія) [10]

На рис. 1.9 представлена залежність величини МО від різної кількості фрагментів для системи на основі Fe та Cr [10].



Рисунок 1.9 - Порівняльна залежність величини МО від різної кількості фрагментів: а - для багатошарової плівкової системи на основі Si/Cr(10)/Fe(18)/Cr(9)]_N/Cr(10)/П з N = 2, 4, 10, і 42; б - для багатошарової системи на основі Si/Cr(115)/Fe(16)/Cr(11,5)]_N/Cr(15)/П з N = 3, 24 і 50 [10]

Рисунок 1.10 - Залежність насичення магнітоопору при температурі 4,2 К від товщини шару Fe для мульшарової системи Si/Cr(0,9)/[Fe(d_Fe)/ Cr(0,9)]₂₀ для шарів Fe товщиною від 0,15 нм до 30 нм [10]

Величина насичення ГМО для цих випадків представлена на рисунку 1.10 на графіку залежності насичення магнітоопору від товщини шару Fe.

Значний вплив на магнітні властивості багатошарових плівкових систем здійснює стан їх інтерфейсів. З ростом шорсткості інтерфейсів в мультишарах Fe/Cr величина магнітоопору зменшується [11]. Аналіз приведених даних показав, що максимальне значення ГМО можна отримати, коли товщина шару Fe складає ? 0,8 нм [10]. Це вказує на те, що інтерфейсне розсіяння має домінантне значення.

В роботах [12-14] проаналізовано вплив різних геометрій (СПП та СПРП) на величину гігантського магнітного опору в залежності від температури вимірювання для багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cr. При низьких температурах в СПРП-геометрії для зразка [Fe(3)/Cr(1)]₁₀₀/П величина магнітоопору складала 108%, що в чотири рази більше, ніж в СПП-геометрії.

Рисунок 1.11 - Порівняльна залежність магнітоопору від температури вимірювання в залежності від геометрії багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cr плівки: а - [Fe(3)/Cr(1)]₁₀₀/П ; б - [Fe(3)/Cr(2,8)]₁₀₀/П; в - [Fe(3)/Cr(4)]₁₀₀/П [12]

Порівняльна залежність магнітоопору від температури вимірювання в залежності від геометрії представлена на рисунку 1.11 для плівкових систем [Fe(3)/Cr(1)]₁₀₀/П, [Fe(3)/Cr(2,8)]₁₀₀/П, [Fe(3)/Cr(4)]₁₀₀/П [12]. Аналізуючи представлені результати також можна відмітити, що СПРП-геометрія більш чутлива до температури вимірювання, ніж СПП-геометрія.

Оскільки природа ГМО пов'язана із зміною швидкості релаксації спіна електронів провідності в мультишарі при зміні під дією магнітного поля взаємної орієнтації магнітних моментів сусідніх магнітних шарів від антипарлельної до паралельної, то взаємодія має обмінний характер і осцилює при зміні товщини неферомагнітного шару [8].

Залежність величини МО від товщини прошарку Cr представлена на рис. 1.12 для багатошарових плівкових систем Fe/Cr з товщинами заліза 2нм. Як видно залежність носить осцилюючий характер з максимумом при d_Cr= 1;2,5 і 4,3нм.

Рисунок 1.12 - Залежність величини МО від товщини прошарку Cr для багатошарових плівкових систем Si(111)/Cr(10)/[Fe(2)/ Cr(dCr)]n/Cr(5), осаджених при температурі Д,¦ - 400С (N=30), O 1250С (N=20) [10]

На рисунку 1.13 представлена порівняльна подібна осцилююча залежність поля насичення від товщини шарів Cr. Максимам відповідають майже такі ж товщини (0,7; 2,4; 4,3 нм).

Рисунок 1.13 - Oсцилююча залежність поля насичення від товщини прошарку хрому для багатошарових плівкових систем Si(111)/Cr(10)/[Fe(2)/Cr(dCr)]n/Cr(5), осаджених при температурі: Д, ¦ - 40⁰С (N=30); O - 125⁰С (N=20) [10]

Максимуми на цих залежностях відповідають антиферомагнітному напрямку магнітних моментів, а мінімуми - феромагнітному.

Також було показано [15], що ГМО в системі Fe/Cr зростає з відпалюванням, і в цей же час зростає доля феромагнітних ділянок на інтерфейсі.

1.2 Методика і техніка експерименту

1.2.1 Обладнання для отримання тонкоплівкових зразків

Процес отримання багатошарових плівкових систем на основі Fe і Cr проводився в робочому об?ємі вакуумної установки ВУП-5М (рис. 1.14) в якій вакуум створювався пароструменевим насосом НВДМ-160 з попередньою відкачкою механічним форвакуумним насосом 2НВД-5ДМ. Вимірювання ступеня вакууму забезпечували перетворювачі ПМТ-2 та ПМІ-2 [16]. Робочий об'єм має поверхню, на якій розміщено струмовводи для нагрівання підкладок та електричних вимірювань. На відстані 70-80 мм від випаровувача розміщується підкладкотримач, конструкція якого забезпечує можливість одночасно розміщувати декілька підкладок (рис. 1.15).Основні елементи установки виконані із нержавіючої сталі Х18Н10Т з незначним газовиділенням. Блоки живлення забезпечували як функціонування установки, так і режими відпалювання, напилення, вимірювання параметрів процесів в робочому об?ємі при залишковому тиску газів ~ 10^-3Па.

Отримання зразків здійснювалося за допомогою термічного випаровування при температурі підкладки (Т_п) в 300 К. Для конденсації плівок Fe використовувались резистивні випаровувачі у вигляді вольфрамової дротини діаметром ~0,8мм, а для конденсацій Cr - випарник типу “конфетка”.

Як датчики товщини використовувались кварцові пластини РГ-08 з резонансною частотою 10МГц, які вмикалась в схему генератора (рис. 1.16) запропонованого в роботі [17]. Частота вихідного сигнала вимірювалась приладом ЧЗ-54. Частотомір Ч3-54 фіксував зміну частоти коливань, що дозволяло контролювати товщину плівки з точністю до 10%.

Рисунок 1.14 - Схема вакуумної установки ВУП-5М: 1 - робочий об'єм; 2 - дифузійний насос; 3 - форвакуумний насос; 4,5,11 - 14 - електромагнітні клапани; 6 - клапан пневматичного типу; 7-10 - датчики для вимірювання тиску; 15 - форбалон.

Рисунок 1.15 - Схема робочої камери вакуумної установки ВУП-5М:

1 - ковпак; 2 - штативи; 3 - ілюмінатор; 4 - випаровувач; 5 - підкладкотримач; 6 - підкладка; 7 - екран; 8 - розняття

Конструктивно забезпечувалося як розміщення кристала кварцового резонатора в одній площині із досліджуваним плівковим зразком так і мінімізований термічний вплив на сам кристал, викликаний процесом напилення або підігрівом підкладки.

Рисунок 1.16 - Схема кварцевого генератора

Товщина плівок визначалась за відомим співвідношенням:

,

де , - густина плівки і кварцу відповідно;

- резонансні частоти кварцової пластини до та після напилення;

=1,668·10³ Гц·м - частотна стала.

При вимірюванні електричного опору використовувався універсальний мультіметр UT70D, і показання знімались за двохточковою схемою з точністю ±0,01 Ом. Температура при відпалювання зразків вимірювалась мультіметром UT70В на основі хромель-алюмелевої термопари.

2.2 Методика дослідження магнітоопору

Установка для дослідження магнітоопору в тонких плівках (рис. 1.17) представляє собою систему з двох електромагнітів, розташованих на масивній станині, між якими розміщена експериментальна вакуумна камера.

Рисунок 1.17 - Зовнішній вигляд установки для дослідження магнітоопору в тонких плівках:1 - панель керування; 2 - система з двох електромагнітів; 3 - рухома платформа; 4 - блок керування магнітним полем; 5 - експериментальна вакуумна камера

На станині розміщуються основні блоки і частини приладу, до яких відносяться: панель керування установкою, рухома платформа; вакуумна система приладу, блок керування магнітним полем, експериментальна вакуумна камера.

Блок керування магнітним полем (латр) дозволяє змінювати струм, що подається на котушки електромагніту. В залежності від струму теслоометром універсальним 43205 вимірювалась величина магнітного поля і будувалась градуювальна залежність, показана на рис.

При вивченні магніторезистивних властивостей в якості підкладки використовувався аморфний ситал.

У процесі зміни величини магнітного поля, в якому знаходилась плівка, постійно здійснювався контроль опору R при відповідних значеннях струму напруженості магнітного поля Н.

Величина МО визначалась в відсотках і розраховується за наступним співвідношенням:

?R/R = (R(H_max)-R(H_i))/R(H_max)

де R(H_max) - значення електричного опору при полі насичення,

R(H_i) - значення електричного опору при відповідних значеннях струму напруженості магнітного поля Н _i.

Результати записувались в табличному вигляді. Обробка даних проводилась за допомогою програми “SigmaPlot 10.0”

1.3 Дослідження магніторезистивних властивостей багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cr

1.3.1 Дослідження магніторезистивних властивостей плівкових зразків на основі Fe/Cr

Дослідження магніторезистивних властивостей серії зразків багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cr проводились з різною товщиною прошарку Cr (1; 1,5; 2,5; 3 нм) і різною кількістю фрагментів Fe/Cr в двох геометріях: паралельній (індукція поля паралельна площині зразка і протікаючому в ньому струму), та перпендикулярній (індукція перпендикулярна площині зразка та струму). Залежності величини магнітоопору від індукції магнітного поля для багатошарових плівкових систем Fe таCr представлені на рис. 1-4.

Рис. 1 - Залежність величини магнітоопору від індукції магнітного поля для багатошарових плівкових систем Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]_N /П, де N = 3 та 7.

а, б - невідпалені зразки, в, г - відпалені до 800 К; а, в - паралельна геометрія, б, г - перпендикулярна геометрія.

З цього рисунку видно, що при збільшенні кількості фрагментів від 3 до 7 величина МО зросла з 0,5 до 0,74 % в паралельній геометрії та з 0,4 до 0,52 % в перпендикулярній геометрії. Після відпалювання відбулося збільшення величини МО для обох геометрій.

Подібна ситуація спостерігається для системи Fe

Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]_N /П, де N = 3 та 7

(рис. 2). При переході від 3 до 7 фрагментів величина магнітоопору збільшилася з 0,095 до 0,12 % (паралельна геометрія) та з 0,07 до 0,11 % (перпендикулярна геометрія). Після відпалювання відбулося збільшення величини МО як для паралельної, так і для перпендикулярної геометрії.

Рис. 2 - Залежність величини магнітоопору від індукції магнітного поля для багатошарових плівкових систем Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]_N /П, де N = 3 та 7. а, б - невідпалені зразки, в, г - відпалені до 800 К; а, в - паралельна геометрія, б, г - перпендикулярна геометрія.



Рис. 3 - Залежність величини магнітоопору від індукції магнітного поля для багатошарових плівкових систем Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)] _N /П, де N = 3 та 7. а - паралельна геометрія , б - перпендикулярна геометрія.

Залежність величини МО від індукції магнітного поля для багатошарової плівкової системи Fe(2,5)/[Cr(3)/Fe(2,5)]₇/П до і після термовідпалювання представлена на рис. 4

Рис. 4 - Залежність величини магнітоопору від індукції магнітного поля для багатошарової плівкової системи Fe(2,5)/[Cr(3)/Fe(2,5)]₇/П, невідпаленої (а) та відпаленої до 800 К (б). ?- паралельна геометрія, _ - перпендикулярна геометрія.

Як і в попередніх випадках, величини МО після термовідпалювання збільшується.



Рис. 5 - Осциляційна залежність величини магнітоопору від товщини проміжного шару Cr для плівок

Fe(2,5)/[Cr(d_Cr)/Fe(2,5)]_N /П, де N = 3 та 7.

а - паралельна геометрія, б - перпендикулярна геометрія.

Дослідження магніторезистивних властивостей серії зразків багатошарових плівкових систем

[Fe(8)/Cr(2)]_N/Fe(8)/П,

де N - кількість фрагментів Fe/Cr від 1 до 3, представлені на рис. 3.1.



Рис. 3.1 Залежність магнітоопору від індукції зовнішнього магнітного поля для плівкових систем:

а - Fe(8)/Cr(2)/Fe(8)/П, б - [Fe(8)/Cr(2)]₂/Fe(8)/П, в - [Fe(8)/Cr(2)]₃/Fe(8)/П. _ -

перпендикулярна геометрія, ? - паралельна геометрія вимірювання.

Як видно з рисунку, магнітоопір має більше значення в паралельній геометрії. При цьому збільшення кількості фрагментів Fe/Cr призводить до очікуваного зростання величини магнітоопору, для нашої системи - від 0,11 до 0,15% в паралельній геометрії, та від 0,09 до 0,11% в перпендикулярній геометрії. Доволі малі значення магніторезистивного ефекту пояснюються досить товстими товщинами прошарків хрому та феромагнітного заліза, між якими реалізується слабка обмінна взаємодія.

3.2 Магнітний коефіцієнт опору

Опираючись на отриманні дані для магнітоопору, вплив магнітного поля на величину МО можна описати магнітним коефіцієнтом опору (МКО):

, (3.1)

де - зміна електричного опору відносно опору при відсутності магнітного поля ,

- зміна індукції магнітного поля.

Більш коректно буде замість усередненого МКО застосовувати миттєвий МКО:

. (3.2)

Середні значення коефіцієнтів МКО наведені в таблиці 1.

Рис. 3.3. - Залежності величини МКО від індукції магнітного поля для плівкових систем

[Fe(8)/Cr(2)]₃/Fe(8)/П (а, б), [Fe(8)/Cr(2)]₂/Fe(8)/П (в, г), Fe(8)/Cr(2)/Fe(8)/П (д, е):

а, в, д - для перпендикулярної геометрії, б, г, е - для паралельної геометрії

Рис. 3.4. - Залежності миттєвих коефіцієнтів МКО від індукції магнітного поля для плівкових систем

[Fe(8)/Cr(2)]₃/Fe(8)/П (а, б), [Fe(8)/Cr(2)]₂/Fe(8)/П (в, г), Fe(8)/Cr(2)/Fe(8)/П (д, е):

а, в, д - для перпендикулярної геометрії, б, г, е - для паралельної геометрії



Рис. 1. - Залежності усередненого (а, в, д, ж) та миттєвого коефіцієнтів МКО (б, г, є, з) від індукції магнітного поля для плівкової системи

Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]₃/П,

не відпаленої (а-г) та відпаленої до 800 К (д-з): а, б, д, є - паралельна, в, г, ж, з - перпендикулярна геометрія



Рис. 2. - Залежності усередненого (а, в, д, ж) та миттєвого коефіцієнтів МКО (б, г, є, з) від індукції магнітного поля для плівкової системи

Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]₇/П,

не відпаленої (а-г) та відпаленої до 800 К (д-з): а, б, д, є - паралельна, в, г, ж, з - перпендикулярна геометрія



Рис. 3. - Залежності усередненого (а, в, д, ж) та миттєвого коефіцієнтів МКО (б, г, є, з) від індукції магнітного поля для плівкової системи

Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]₃/П,

не відпаленої (а-г) та відпаленої до 800 К (д-з): а, б, д, є - паралельна, в, г, ж, з - перпендикулярна геометрія



Рис. 4. - Залежності усередненого (а, в, д, ж) та миттєвого коефіцієнтів МКО (б, г, є, з) від індукції магнітного поля для плівкової системи

Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]₇/П,

 не відпаленої (а-г) та відпаленої до 800 К (д-з): а, б, д, є - паралельна, в, г, ж, з - перпендикулярна геометрія

Рис. 5. - Залежності усередненого (а, в) та миттєвого коефіцієнтів МКО (б, г) від індукції магнітного поля для плівкової системи Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]₃/П: а, б - паралельна, в, г - перпендикулярна геометрія

Рис. 6. - Залежності усередненого (а, в) та миттєвого коефіцієнтів МКО (б, г) від індукції магнітного поля для плівкової системи

Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]₇/П:

а, б - паралельна, в, г - перпендикулярна геометрія

Рис. 7. - Залежності усередненого (а, в, д, ж) та миттєвого коефіцієнтів МКО (б, г, є, з) від індукції магнітного поля для плівкової системи Fe(2,5)/[Cr(3)/Fe(2,5)]₇/П, не відпаленої (а-г) та відпаленої до 800 К (д-з): а, б, д, є - паралельна, в, г, ж, з - перпендикулярна геометрія



Рис. 8 - Залежності усередненого (а) та миттєвого коефіцієнтів МКО (б) від товщини проміжного шару Cu для плівок Fe(2,5)/[Cr(d_Cr)/Fe(2,5)]₇ /П.

?- паралельна геометрія, _ - перпендикулярна геометрія.

Таблиця 1 - Середні значення МКО для плівкових систем

Зразок	Усереднений МКО вB·102, Тл-1	Миттєвий МКО вBi·102, Тл-1
	Парале-льна геометрія	Перпенди-кулярна геометрія	Парале-льна геометрія	Перпенди-кулярна геометрія
Fe(8)/Cr(2)/Fe(8)/П	-5,81	-11,83	1,77	1,03
[Fe(8)/Cr(2)]2/Fe(8)/П	-15,42	-5,20	0,8	1,98
[Fe(8)/Cr(2)]3/Fe(8)/П	-12,79	-9,79	2,42	1,98

Згідно отриманих даних для миттєвого магнітного коефіцієнту опору (табл. 1) вплив магнітного поля на величину магнітоопору більш значний в паралельній геометрії ніж в перпендикулярній: значення в_Bi відрізняються практично в 2 рази.

Також проаналізувавши результати, можна відмітити, що величина усередненого МКО завжди від'ємна, а миттєвого - додатня, однак по модулю її значення менше.

Значення магнітоопору для багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cr

Зразок	Паралельна геометрія	Перпендикулярна геометрія
	не відпалений	відпалений до 800К	не відпалений	відпалений до 800К
Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]3/П	0,35	0,41	0,42	0,49
Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]7/П	0,4	0,466	0,46	0,535
Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]3/П	0,12	0,48	0,04	0,1
Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]7/П	0,13	0,15	0,08	0,11
Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]3/П	0,16	-	0,21	-
Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]7/П	0,17	-	0,25	-
Fe(2,5)/[Cr(3)/Fe(2,5)]7/П	0,109	0,134	0,12	0,148

Значення усередненого та миттєвого коефіцієнтів МКО для багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cr для паралельної геометрії

Зразок	не відпалений	відпалений до 800К
	всер, Тл-1	вмит, 10-3Тл-1	всер, Тл-1	вмит, 10-3Тл-1
Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]3/П	-0,0306	2,825	-0,0367	3,208
Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]7/П	-0,0351	3,285	-0,0408	3,759
Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]3/П	-0,0095	1,451	-0,351	0,325
Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]7/П	-0,0114	1,056	-0,007	0,649
Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]3/П	-0,0152	-0,251	-	-
Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]7/П	-0,0147	1,241	-	-
Fe(2,5)/[Cr(3)/Fe(2,5)]7/П	-0,0096	0,889	-0,0118	1,074

Значення усередненого та миттєвого коефіцієнтів МКО для багатошарових плівкових систем на основі Fe/Cr для перпендикулярної геометрії



Зразок	не відпалений	відпалений до 800К
	всер, Тл-1	вмит, 10-3Тл-1	всер, Тл-1	вмит, 10-3Тл-1
Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]3/П	-0,0376	3,471	-0,0435	3,937
Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]7/П	-0,0469	4,241	-0,0469	4,241
Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]3/П	-0,0018	0,776	-0,0082	0,834
Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]7/П	-0,0132	1,217	-0,966	0,893
Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]3/П	-0,0192	1,725	-	-
Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]7/П	-0,0251	1,329	-	-
Fe(2,5)/[Cr(3)/Fe(2,5)]7/П	-0,0112	0,865	-0,0132	1,159

Висновки

Опираючись на літературний огляд і проведені експерименти, можна зробити такі висновки:

1. Багатошарові плівкові системи на основі Fe/Cr є перспективними матеріалами в сучасній мікро- і наноелектроніці завдяки спостерігаємому в них ефекту ГМО.

2. На величину ГМО в плівкових системах Fe/Cr впливає товщина шарів Fe і Cr. Максимальна обмінна взаємодія між феромагнітними шарами заліза реалізується при товщині шару d_Fe?0,8 нм, а оптимальна товщина шару d_Cr ?0,9-1 нм

3. Проаналізовано вплив різних геометрій (СПП та СПРП) на величину гігантського магнітного опору в залежності від температури вимірювання. Відмічено, що при низьких температурах величина ГМО в СПРП-геометрії в чотири рази більше, ніж в СПП-геометрії, однак СПП-геометрія менш чутлива до температури вимірювання, ніж СПРП-геометрія.

4. Для мультишарової системи [Fe(8)/Cr(2)]_N/Fe(8)/П, досліджуваної нами, величина магнітоопору збільшується з ростом кількості фрагментів N. За експериментальними результатами величина магнітоопору зросла від 0,11 до 0,15% в паралельній геометрії, та від 0,09 до 0,11% в перпендикулярній геометрії.

Список використаної літератури

1. Никитин С.А. Гигантское магнитосопротивление // Соросовский общеобразовательный журнал. - 2004. - Том 8. - С.92-98.

2. Казаков В.Г. Тонкие магнитные пленки // Соросовский образовательный журнал. - 1997. - № 1. - С.107-114.

3. Barthelemy A., Cros V., Duvail J.L., Fert A.et al. Giant magnetoresistance in magnetic nanostructures // Nanostr. Mater. -1995. - V. 6. - P. 217-226.

4. Никитин С.А. Магнитные структуры в кристалических и аморфних веществах. // Соросовский общеобразовательный журнал. - 1996. - Том 11. - С.87-95.

5. Казаков В.Г. Процессы перемагничивания и методы записи информации на магнитных плёнках // Соросовский общеобразовательный журнал. - 1997. - №11. - С.99-106.

6. Fert A., Grunberg P., Barthelemy A., Petroff F., Zinn W. Layered magnetic structures: interlayer exchange coupling and giant magnetoresistance // J. Magn. Magn. Mater. -1995. - V.140-144. - P.1-8