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 CoNiOx 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 CoNiOx, 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).
|