Анотація до роботи:

Лісник Н.А. Зв’язок статичних, високочастотних, релаксаційних властивостей та магнітної анізотропії низьковимірних магнетиків з їхнею мікроструктурою.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора фізико – математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. – Інститут металофізики ім. Г.В Курдюмова НАН України, Київ, 2004.

Дисертаційна робота присвячена вивченню зв’язку магнітних характеристик нановимірних феромагнітних гетерогенних систем з їхнею мікроструктурою та дослідженню магнітної взаємодії між структурними елементами цих систем. При застосуванні комплексу методів, де головними є ФМР і ЯМР, в широкому діапазоні частот і температур висвітлено характер впливу структурних неоднорідностей різного типу, а саме: поверхонь плівок і частинок, меж розділу шарів, границь зерен плівки та нерівномірного розподілу атомів у сплаві, на криві намагнічування, ефективні поля анізотропії, ширину лінії ФМР, розподіл надтонких полів у плівках і релаксацію ядерної намагніченості. Отримано нову інформацію про механізми магнітної взаємодії між шарами мультишарових структур і частинками в гранульованих плівках. Досліджено процес перколяції в системах магнетик – немагнітний метал і магнетик-діелектрик та показане існування, нижче порогу структурної перколяції, концентраційної області, в якій ансамбль суперпарамагнітних гранул виявляє феромагнітну поведінку. З’ясовано природу площинної та непланарної магнітної анізотропії в гранульованих плівках Сo_xCu_1-x, Co_xAg_1-x, (CoFe)_x – (Al₂O₃)_1-x та перпендикулярної анізотропії в нанокристалічних плівках нікелю. Одержані результати сприяють кращому розумінню закономірностей поведінки наномагнетиків під дією постійних і високочастотних магнітних полів та температури.

В роботі проведене комплексне експериментальне дослідження зв'язку статичних, високочастотних, релаксаційних властивостей і магнітної анізотропії феромагнітних гетерогенних наноматеріалів з їхнею мікроструктурою. У розгляд включено суцільні (кристалічні та аморфні) плівки, а також мультишарові та гранульовані системи магнетик-метал і магнетик-діелектрик. Аналіз даних ФМР і ЯМР у цих матеріалах, здійснювався з урахуванням даних вимірів зразків прямими структурними і магнітними методами та з використанням або відомих теорій, або нових моделей, які було розроблено при спільних дослідженнях. Для усіх типів систем, що вивчалися, методом резонансного аналізу було отримано нову інформацію про зв’язок між їхніми кристалічною та магнітною структурами, а також про механізми магнітної взаємодії між шарами мультишарових та частинками гранульованих плівок. Ці відомості сприяють кращому розумінню закономірностей поведінки низьковимірних матеріалів під впливом постійних і високочастотних полів та температури. Результати роботи, що одержані вперше, сформульовано у вигляді наступних висновків.

1. Методом «ФМР-ТЕСТ» в досліджених наносистемах виявлено 3 типи одновісної магнітної анізотропії та в кожному випадку отримано кількісні дані про величину енергії анізотропії та кута нахилу ВЛН.

2. Намагніченість речовини границь зерен в дрібнокристалічних плівках пермалою, що оцінена методом ЯМР, майже вдвічі менше за намагніченість зерна.

3. Частота ЯМР ⁵⁹Со в аморфному кобальті помітно відрізняється від частоти кристалічного кобальту, що відображує якісну відміну аморфного стану досліджених матеріалів від дрібнокристалічного.

4. Встановлено, що при введенні в контакт двох шарів полікристалічного феромагнітного матеріалу між ними виникають дипольна й обмінна взаємодії, які сприяють сильній кореляції намагніченостей в межах критичних товщин шарів, тобто утворенню магнітно-однорідної структури. В міру збільшення товщин шарів, розподіл намагніченості в них стає неоднорідним. що віддзеркалюється на характері спектрів ФМР, коефіцієнті підсилення та швидкостях релаксації ЯМР. В цьому разі кількість піків ФМР і їхні позиції у спектрі залежать від співвідношення товщин шарів та їхніх критичних товщин. Критична товщина переходу з однорідного стану до неоднорідного визначається його намагніченістю.

5. При зростанні концентрації феромагнітного компоненту в плівках з тримірним розподілом гранул (або товщини феромагнітного шару в острівцевих плівках) перколяція досліджених гранульованих систем відбувається в три стадії: від множини некорельованих гранул в матриці - крізь проміжну область - до суцільної плівки. В проміжній області концентрацій (товщин) ансамбль суперпарамагнітних гранул виявляє феромагнітні властивості у вигляді гістерезиса в низьких полях у всіх досліджених зразках та одновісної магнітної анізотропії в плівках, осаджених під нахилом до нормалі. Це є підставою для введення поняття порогу магнітної перколяції аналогічно до порогу структурної чи перколяції за провідністю.

6. У двохкомпонентних плівках, осаджених під нахилом до нормалі, при зростанні концентрації магнітного компоненту відбуваються збільшення та коалесценція гранул, які є орієнтованими - частинки подовжуються у напрямку падіння пучка магнітних атомів. Внаслідок цього в області магнітної перколяції в плівках утворюються непланарна та площинна одновісні анізотропії, якими можна керувати, змінюючи кути падіння атомних пучків. Намагнічування плівки вздовж осі анізотропії призводить до зменшення поля насичення в декілька разів, що дозволяє отримати ефект гігантського магнітоопору в порівняно невеликих полях.

7. Неоднорідне розширення лінії ФМР в ансамблі суперпарамагнітних гранул може бути зумовленим двома основними механізмами: 1) розбродом ефективних магнітних полів в частинках. та 2) статичними флуктуаціями внутрішніх полів на гранулах, створюваних сусідами. Зміни ширини лінії ФМР в залежності від концентрації, частоти і температури вимірювання взагалі відбуваються у згоді з першим із вказаних механізмів, але в деяких ситуаціях механізм 2) може бути домінуючим.

8. Перпендикулярна магнітна анізотропія, енергія якої перевищує енергію розмагнічування, утворюється в нанокристалічних плівках нікелю, товщиною 50 - 100 нм, осаджених на непідігріту підкладку в присутності вуглецю, внаслідок дії магнітострикційного та структурного механізмів. Магнітострикційний механізм формування ПМА зумовлений двома типами напруг розтягнення - зовнішніми та внутрішніми. Зовнішні напруги виникають в області контакту з підкладкою, а внутрішні пов’язані з мікропластичною деформацією границь зерен плівки.

9. Внаслідок дії структурного механізму, причиною якого є формування стовпчастої структури та магнітна ізоляція стовпчиків, завдяки присутності вуглецю, фактор розмагнічування нанокристалічної плівки Ni зменшується на ~ 2p. Обчислено, що цей механізм дає найбільший внесок (до 45%) у величину ПМА. С напругами обох типів пов’язано, відповідно, 30 та 25% загальної величини енергії анізотропії.

10. Розроблено носії інформації для пристроїв обробки радіосигналів на базі ядерного спінового еха, на які отримано авторські свідоцтва.