Шкурдода Юрій Олексійович. Структура, електропровідність та магніторезистивні властивості нанокристалічних плівкових систем на основі Co, FeNi, Cu та Ag : Дис... канд. наук: 01.04.07 - 2008.
Анотація до роботи:
Шкурдода Ю.О. Структура, електропровідність та магніторезистивні властивості нанокристалічних плівкових систем на основі Co, FeNi, Cu та Ag. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Сумський державний університет, Суми, 2008.
Дисертаційна робота присвячена встановленню закономірностей формування структурно-фазового стану, поведінки електрофізичних (питомий опір і ТКО) та магніторезистивних (магнітоопір) властивостей тришарових плівок на основі Co, FeNi, Cu та Ag в інтервалі товщин d = (1-50) нм та температур Т = (150-700) К.
Показано, що всі невідпалені тришарові плівки є полікристалічними з малим розміром зерна (~ 10 нм). Свіжосконденсовані плівкові системи на основі Со (Со/Cu/Со та Со/Ag/Со) складаються із ГЩП-Со, ГЦК-Cu або ГЦК-Ag відповідно. На основі пермалою (FeNi/Cu/FeNi та FeNi/Ag/FeNi) з ГЦК-FeNi, ГЦК-Cu або ГЦК-Ag відповідно. Параметри решіток добре узгоджуються з відповідними параметрами для масивних металів. Немагнітні прошарки з ефективною товщиною dCu > 2 нм і dAg > 4 нм є структурно-суцільними. Відпалювання при 700 К приводить до збільшення розміру зерна у 5-20 разів залежно від товщини та виду шарів. Для систем на основі Со, відпалених при 700 К, на електронограмах фіксуються лінії, які відповідають ГЦК-Со. Для системи FeNi/Cu/FeNi спостерігається утворення твердого розчину, а для системи FeNi/Ag/FeNi зміна фазового складу електронографічно не фіксується.
Теоретично показано, що в області малих значень відношення товщин немагнітного та магнітного шарів d2/d1 величина питомого опору визначається характером взаємодії носіїв заряду із зовнішніми границями та інтерфейсами провідника. Апробація отриманих аналітичних співвідношень показала, що експериментальні дані узгоджуються із розрахунковими з точністю до 20%.
Запропоновано співвідношення для визначення ТКО трикомпонентних плівкових сплавів і проведено розрахунок його значень для плівок на основі Fe, Ni та Cu. Показано, що розраховані значення ТКО узгоджуються з експериментальними.
Результати дослідження магніторезистивного ефекту в тришарових плівках на основі Co, FeNi, Cu та Ag показали, що для невідпалених плівок з товщиною dCu = 3-15 нм реалізується ефект гігантського магнітоопору. Величина ГМО для термостабілізованих при різних температурах тришарових плівок визначається товщиною та видом шарів. Встановлено, що тільки для системи Со/Cu/Co з dCu > 5 нм не спостерігається перехід ГМО в АМО навіть після відпалювання зразків при 700 К. Максимальне значення ГМО (4% при кімнатній температурі) отримано для відпалених при 700 К плівок Со/Cu/Co. При зниженні температури вимірювання до 150 К амплітуда ефекту ГМО збільшується у 1,3-2 рази.
У плівкових системах Со/Cu(Ag)/Со та FeNi/Cu(Ag)/FeNi залежність амплітуди ефекту ГМО від товщини немагнітного прошарку має два максимуми. У досліджених структурах область оптимальних (для отримання максимального ефекту ГМО) товщин немагнітного прошарку становить 3-7 нм.
У результаті проведеного в дисертаційній роботі комплексного та систематичного дослідження структурно-фазового стану, електро- і магніторезистивних властивостей тришарових плівок в інтервалі товщин магнітних шарів dF = (10-50) нм та немагнітних прошарків dN = (1-50) нм були сформульовані такі узагальнюючі висновки:
Вивчення структурно-фазового складу тришарових плівок методами електронографії, вторинно-іонної мас-спектрометрії і просвічуючої електронної мікроскопії дозволило встановити наступне:
показано, що всі невідпалені тришарові плівки є полікристалічними з малим розміром зерна (~ 10 нм); свіжосконденсовані плівкові системи на основі Со, Cu або Ag складаються із ГЩП-Со, ГЦК-Cu або ГЦК-Ag відповідно; системи на основі FeNi, Cu або Ag – ГЦК- FeNi, ГЦК-Cu або ГЦК-Ag відповідно, параметри решіток добре узгоджуються з відповідними параметрами для масивних металів, немагнітні прошарки з ефективною товщиною dCu > 2 нм і dAg > 4 нм є структурно-суцільними;
відпалювання при Т = 700 К приводить до збільшення розміру зерна у 5-20 разів залежно від товщини та виду шарів; для систем на основі Со, Cu або Ag, відпалених при 700 К і при подальшому охолодженні до 300 К, фіксується поява ГЦК-Со, зміна параметрів решітки електронографічно не фіксується; для системи FeNi/Cu/FeNi спостерігається утворення твердого розчину, а для системи FeNi/Ag/FeNi зміна фазового складу електронографічно не фіксується.
2. Числове значення питомого опору тришарових полікристалічних плівок в області малих значень d2/d1 визначається характером взаємодії носіїв заряду із зовнішніми границями та інтерфейсами провідника. Зі зростанням товщини прошарку так, що d2 ~ d1 на залежності r(d2/d1) виникає максимум, який зумовлений дифузним розсіянням електронів границями шарів. Апробація отриманих аналітичних співвідношень показала, що експериментальні дані узгоджуються з розрахунковими з точністю до 20%.
Встановлено, що із зростанням товщини прошарку значення ТКО тришарових плівок зростає (якщо d1 = d3 = const < 30 нм) або зменшується (якщо d1 = d3 = const > 50 нм), у той час як в одношарових плівках ТКО зі збільшенням товщини тільки збільшується.
4. Експериментально показано, що при товщинах прошарку (3-15 нм) в усіх досліджуваних системах реалізується ефект ГМО. Максимальне значення ГМО (1,2%) для невідпалених плівок спостерігається для системи Со/Cu/Cо при однакових товщинах магнітних шарів і товщині прошарку 3 нм, що відповідає результатам числового розрахунку.
Вивчення впливу термомагнітної обробки на магніторезистивний ефект тришарових плівок дозволило встановити такі закономірності:
при термомагнітному відпалюванні для всіх систем за винятком Со/Cu/Cо спостерігається перехід від ГМО до АМО;
для системи Со/Cu/Cо згаданий перехід не спостерігається, а амплітуда ефекту зростає до 4% при кімнатній температурі для плівок, відпалених при температурі 700 К;
зниження температури вимірювання від кімнатної до 150 К приводить до збільшення амплітуди ефекту гігантського магнітоопору у 1,5-2 рази;
залежність величини ГМО від ефективної товщини немагнітного прошарку для симетричних систем має два максимуми, інтервал оптимальних ефективних товщин становить 3-7 нм.
Yu.A. Shkurdoda, L.V. Dekhtyaruk, V.B. Loboda. The effect of giant magnetoresistance in Co/Cu/Co structure // Functional materials. – 2008. – V. 15, № 1. – P. 38-45.
V.B. Loboda, Yu.A. Shkurdoda, V.A. Kravchenko. Structure and magnetoresistance of freshly condensed three-layer FeNi/Cu(Ag)/FeNi films // Functional materials. – 2007. – V. 14, № 1. – P. 37-41.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А., Кравченко В.А. Влияние отжига на структуру, магнитосопротивление и магнитные параметры трехслойных пленок на основе пермаллоя 50Н // Металлофиз. и новейшие технол. – 2007.– Т. 29, № 9. – С. 1209-1220.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А., Пирогова С.Н. Структура и гальваномагнитные свойства трехслойных пленок Co/Cu/Co // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. – 2004. – № 8(67). – С. 107-115.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А., Пирогова С.Н. Магнитосопротивление трехслойных пленок Co/Cu/Co в температурном интервале 150-700 К // Вісник СумДУ. Серія Фізика, математика, механіка. – 2004. – № 10(69). – С. 212-218.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Донченко В.І. Гальваномагнітні властивості тришарових плівкових систем Со/Сu/Co // Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету СумДУ, 15-30 квітня 2004 р. – Суми: СумДУ, 2004. – С. 117-119.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.А. Температурная зависимость магнитосопротивления пленок Co/Ag/Co // Фізика і технологія тонких плівок: Матеріали Х Міжнародної конференції, 16-21 травня 2005 р. – Івано-Франківськ: Гостинець, 2005. – С. 374-375.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О. Магнітоопір тришарових плівкових систем NiFe/Cu/Co // Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету СумДУ, 25-30 квітня 2006 р. – Суми: СумДУ, 2006. – С. 10-12.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Хурсенко С.М. Особливості магнітоопору в тришарових плівкових системах на основі пермалою 50Н // ЕВРИКА-2006: Матеріали Всеукраїнської конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики, 15-17 травня 2006 р. – Львів: ЛНУ ім. Івана Франка, 2006. – С. 69.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Хурсенко С.М. Вплив відпалювання на магнітоопір тришарових плівок Со/Cu(Ag)/Со // Фізика і технологія тонких плівок та наносистем: Матеріали ХІ Міжнародної конференції, 7-12 травня 2007 р. – Івано-Франківськ: ЦІТ ПНУ ім. Василя Стефаника, 2007. – С. 106-107.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Салтикова А.І. Дифузійні процеси в тришарових плівкових системах // Еврика-2007: Матеріали Всеукраїнської конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики, 22-24 травня 2007 р. – Львів: ЛНУ ім. Івана Франка, 2007. – С. B19.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О. Електро- та магніторезистивні властивості тришарових плівок NiFe/Cu/NiFe // Матеріали науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету СумДУ, 21-13 квітня 2008 р. – Суми: СумДУ, 2008. – С. 128-129.
Лобода В.Б., Шкурдода Ю.О., Хурсенко С.М. Магнітоопір тришарових плівок Co/Ag/Co у температурному інтервалі 150-700 К // Нанорозмірні системи: будова, властивості, технології: Матеріали Міжнародної конференції, 21-23 листопада 2007 р. – Київ: ТОВ НВК ”Комункомплекс”, 2007. – С. 401.
