Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Co/Cu(111)
В многослойных пленках Co/Cu(111) обнаружено многократное увеличение продольного эффекта Керра в магнитном поле при определенных толщинах медных слоев, обеспечивающих экстремумы обменной связи между слоями кобальта. Сделано предположение, что это явление связано с наличием существенного вклада в маг...
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2007
|
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7723 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Со/Сu(111) / И.Н. Лукиенко, Н.Ф. Харченко, В.В. Зорченко, А.Н. Стеценко // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 11. — С. 1304-1312. — Бібліогр.: 36 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-7723 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-77232017-05-21T16:18:11Z Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Co/Cu(111) Лукиенко, И.Н. Харченко, Н.Ф. Зорченко, В.В. Стеценко, А.Н. В многослойных пленках Co/Cu(111) обнаружено многократное увеличение продольного эффекта Керра в магнитном поле при определенных толщинах медных слоев, обеспечивающих экстремумы обменной связи между слоями кобальта. Сделано предположение, что это явление связано с наличием существенного вклада в магнитооптический эффект границ раздела Co/Cu и обусловлено парамагнетизмом электронов проводимости в интерфейсных слоях, увеличенным в результате гибридизации электронных sp-и d-зон меди и кобальта. Предполагается, что периодическое увеличение магнитооптической восприимчивости обусловлено чувствительностью гибридизации к квантованию поперечного движения электронов в слоях меди. В багатошарових плівках Co/Cu(111) виявлено багатократне збільшення поздовжнього ефекту Керра в магнітному полі при певних товщинах мідних шарів, які забезпечують екстремуми обмінного зв’язку між шарами кобальту. Зроблено припущення, що це явище пов’язане із наявністю значного внеску в магнітооптичний ефект границь розмежування Co/Cu та зумовлене парамагнетизмом електронів провідності в інтерфейсних шарах, збільшений завдяки гібридизації електронних sp-та d-зон міді й кобальту. Припускається, що періодичне збільшення магнітооптичної сприйнятливості обумовлено чутливістю гібридизації до квантування поперечного руху електронів в шарах міді. The study into the behavior of longitudinal magneto-optical Kerr effect in the Co/Cu(111) multilayer films prepared by the magnetron sputtering method displayed its multiple field-induced enhancement at certain Cu layer thicknesses providing an extreme exchange coupling between the Co layers. It is supposed that this phenomenon results from a considerable contribution of the Co/Cu interfaces to the magneto-optical effect and is caused by the paramagnetism of conductivity electrons in the Co/Cu interfaces, enhanced by the hybridization of electron sp and d bands of copper and cobalt. The periodicity of the magneto-optical susceptibility enhancement is supposed to be due to the hybridization sensitivity to the quantum size effect in the Cu layers. 2007 Article Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Со/Сu(111) / И.Н. Лукиенко, Н.Ф. Харченко, В.В. Зорченко, А.Н. Стеценко // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 11. — С. 1304-1312. — Бібліогр.: 36 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.70.–i; 78.20.Ls; 75.75.–n http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7723 ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
В многослойных пленках Co/Cu(111) обнаружено многократное увеличение продольного эффекта Керра в магнитном поле при определенных толщинах медных слоев, обеспечивающих экстремумы обменной связи между слоями кобальта. Сделано предположение, что это явление связано с наличием существенного вклада в магнитооптический эффект границ раздела Co/Cu и обусловлено парамагнетизмом электронов проводимости в интерфейсных слоях, увеличенным в результате гибридизации электронных sp-и d-зон меди и кобальта. Предполагается, что периодическое увеличение магнитооптической восприимчивости обусловлено чувствительностью гибридизации к квантованию поперечного движения электронов в слоях меди. |
| format |
Article |
| author |
Лукиенко, И.Н. Харченко, Н.Ф. Зорченко, В.В. Стеценко, А.Н. |
| spellingShingle |
Лукиенко, И.Н. Харченко, Н.Ф. Зорченко, В.В. Стеценко, А.Н. Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Co/Cu(111) |
| author_facet |
Лукиенко, И.Н. Харченко, Н.Ф. Зорченко, В.В. Стеценко, А.Н. |
| author_sort |
Лукиенко, И.Н. |
| title |
Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Co/Cu(111) |
| title_short |
Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Co/Cu(111) |
| title_full |
Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Co/Cu(111) |
| title_fullStr |
Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Co/Cu(111) |
| title_full_unstemmed |
Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Co/Cu(111) |
| title_sort |
индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта керра в многослойных пленках co/cu(111) |
| publisher |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/7723 |
| citation_txt |
Индуцированное магнитным полем увеличение продольного эффекта Керра в многослойных пленках Со/Сu(111) / И.Н. Лукиенко, Н.Ф. Харченко, В.В. Зорченко, А.Н. Стеценко // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 11. — С. 1304-1312. — Бібліогр.: 36 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT lukienkoin inducirovannoemagnitnympolemuveličenieprodolʹnogoéffektakerravmnogoslojnyhplenkahcocu111 AT harčenkonf inducirovannoemagnitnympolemuveličenieprodolʹnogoéffektakerravmnogoslojnyhplenkahcocu111 AT zorčenkovv inducirovannoemagnitnympolemuveličenieprodolʹnogoéffektakerravmnogoslojnyhplenkahcocu111 AT stecenkoan inducirovannoemagnitnympolemuveličenieprodolʹnogoéffektakerravmnogoslojnyhplenkahcocu111 |
| first_indexed |
2025-07-02T10:30:05Z |
| last_indexed |
2025-07-02T10:30:05Z |
| _version_ |
1836530747849048064 |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11, ñ. 1304–1312
Èíäóöèðîâàííîå ìàãíèòíûì ïîëåì óâåëè÷åíèå
ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà Êåððà
â ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ Co/Cu(111)
È.Í. Ëóêèåíêî1, Í.Ô. Õàð÷åíêî1, Â.Â. Çîð÷åíêî2, À.Í. Ñòåöåíêî2
1
Ôèçèêî-òåõíè÷åñêèé èíñòèòóò íèçêèõ òåìïåðàòóð èì. Á.È. Âåðêèíà ÍÀÍ Óêðàèíû
ïð. Ëåíèíà, 47, ã. Õàðüêîâ, 61103, Óêðàèíà
E-mail: lukijenko@ilt.kharkov.ua
2
Íàöèîíàëüíûé òåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò «Õàðüêîâñêèé ïîëèòåõíè÷åñêèé èíñòèòóò»
óë. Ôðóíçå, 21, ã. Õàðüêîâ, 61002, Óêðàèíà
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 6 èþëÿ 2007 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 30 èþëÿ 2007 ã.
 ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ Co/Cu(111) îáíàðóæåíî ìíîãîêðàòíîå óâåëè÷åíèå ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà
Êåððà â ìàãíèòíîì ïîëå ïðè îïðåäåëåííûõ òîëùèíàõ ìåäíûõ ñëîåâ, îáåñïå÷èâàþùèõ ýêñòðåìóìû
îáìåííîé ñâÿçè ìåæäó ñëîÿìè êîáàëüòà. Ñäåëàíî ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ýòî ÿâëåíèå ñâÿçàíî ñ íàëè÷èåì
ñóùåñòâåííîãî âêëàäà â ìàãíèòîîïòè÷åñêèé ýôôåêò ãðàíèö ðàçäåëà Co/Cu è îáóñëîâëåíî ïàðàìàãíå-
òèçìîì ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè â èíòåðôåéñíûõ ñëîÿõ, óâåëè÷åííûì â ðåçóëüòàòå ãèáðèäèçàöèè
ýëåêòðîííûõ sp- è d-çîí ìåäè è êîáàëüòà. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ïåðèîäè÷åñêîå óâåëè÷åíèå ìàãíèòîîïòè-
÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè îáóñëîâëåíî ÷óâñòâèòåëüíîñòüþ ãèáðèäèçàöèè ê êâàíòîâàíèþ ïîïåðå÷íîãî
äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ â ñëîÿõ ìåäè.
 áàãàòîøàðîâèõ ïë³âêàõ Co/Cu(111) âèÿâëåíî áàãàòîêðàòíå çá³ëüøåííÿ ïîçäîâæíüîãî åôåêòó Êåððà â
ìàãí³òíîìó ïîë³ ïðè ïåâíèõ òîâùèíàõ ì³äíèõ øàð³â, ÿê³ çàáåçïå÷óþòü åêñòðåìóìè îáì³ííîãî çâ’ÿçêó ì³æ
øàðàìè êîáàëüòó. Çðîáëåíî ïðèïóùåííÿ, ùî öå ÿâèùå ïîâ’ÿçàíå ³ç íàÿâí³ñòþ çíà÷íîãî âíåñêó â ìàãí³òî-
îïòè÷íèé åôåêò ãðàíèöü ðîçìåæóâàííÿ Co/Cu òà çóìîâëåíå ïàðàìàãíåòèçìîì åëåêòðîí³â ïðîâ³äíîñò³ â
³íòåðôåéñíèõ øàðàõ, çá³ëüøåíèé çàâäÿêè ã³áðèäèçàö³¿ åëåêòðîííèõ sp- òà d-çîí ì³ä³ é êîáàëüòó. Ïðèïóñ-
êàºòüñÿ, ùî ïåð³îäè÷íå çá³ëüøåííÿ ìàãí³òîîïòè÷íî¿ ñïðèéíÿòëèâîñò³ îáóìîâëåíî ÷óòëèâ³ñòþ ã³áðèäè-
çàö³¿ äî êâàíòóâàííÿ ïîïåðå÷íîãî ðóõó åëåêòðîí³â â øàðàõ ì³ä³.
PACS: 75.70.–i Ìàãíèòíûå ìíîãîñëîéíûå ñòðóêòóðû;
78.20.Ls Ìàãíèòîîïòè÷åñêèå ýôôåêòû;
75.75.–n Îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà íàíîñòðóêòóð.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìàãíèòîîïòè÷åñêèé ýôôåêò Êåððà, ìíîãîñëîéíûå ìàãíèòíûå ïëåíêè, óâåëè÷åíèå
ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ ýôôåêòîâ, Co/Cu.
1. Ââåäåíèå
Ìíîãîñëîéíûå ïëåíêè òèïà «ôåððîìàãíèòíûé/íîð-
ìàëüíûé ìåòàëë» (ÔÌ/ÍÌ) èçâåñòíû êàê èñêóññòâåí-
íûå ñèñòåìû, â êîòîðûõ ïðîñòðàíñòâåííîå êâàíòîâàíèå
äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ â ÍÌ ñëîÿõ îáóñëîâëèâàåò ôèçè-
÷åñêèå ýôôåêòû, êîòîðûå ìîãóò èìåòü áîëüøîå ïðàêòè-
÷åñêîå çíà÷åíèå [1]. Ñðåäè íèõ — ñïèíîâàÿ ïîëÿðèçà-
öèÿ ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè â ñëîå ÍÌ è ãèãàíòñêèé
ìàãíèòîðåçèñòèâíûé ýôôåêò. Ìàãíèòîðåçèñòèâíûé ýô-
ôåêò â ïëåíêàõ Co/Cu ìîæåò äîñòèãàòü äåñÿòêîâ ïðîöåí-
òîâ [2], áëàãîäàðÿ ÷åìó ýòè ñèñòåìû óæå íàøëè ïðèìå-
íåíèå êàê ìàãíèòíûå ñåíñîðû â ñ÷èòûâàþùèõ ìàãíèò-
íûõ óñòðîéñòâàõ [3]. Ñëîèñòûå ñèñòåìû ÔÌ/ÍÌ òàêæå
ïåðñïåêòèâíû ïðè ðàçðàáîòêàõ óñòðîéñòâ ñïèíòðîíèêè
äëÿ óïðàâëåíèÿ ñïèí-ïîëÿðèçîâàííûìè òîêàìè [4,5].
Ñðåäè íèõ âûäåëÿþòñÿ ìíîãîñëîéíûå ñòîëá÷àòûå ñèñ-
òåìû Co/Cu(111). Ìàãíèòíûå ñîñòîÿíèÿ îòäåëüíûõ
ñòîëáèêîâ ìîãóò áûòü èçìåíåíû ñ ïîìîùüþ ñïèí-ïîëÿ-
ðèçîâàííîãî ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà [6]. Ñâîéñòâà ýòèõ
ñèñòåì ñóùåñòâåííî çàâèñÿò îò èõ ñòðóêòóðû è âî ìíî-
ãîì îïðåäåëÿþòñÿ òåõíîëîãèåé è ñîñòîÿíèåì èíòåðôåé-
ñà. Òàê, åùå íåäàâíî áûë äèñêóññèîííûì âîïðîñ î íà-
© È.Í. Ëóêèåíêî, Í.Ô. Õàð÷åíêî, Â.Â. Çîð÷åíêî, À.Í. Ñòåöåíêî, 2007
ëè÷èè àíòèôåððîìàãíèòíîé îáìåííîé ñâÿçè ìåæäó
ñëîÿìè êîáàëüòà â ýïèòàêñèàëüíûõ ïëåíêàõ Co/Cu(111),
âûðàùåííûõ ìåòîäîì ìîëåêóëÿðíûõ ïó÷êîâ [7]. Ñòðóê-
òóðà èíòåðôåéñíûõ ñëîåâ îïðåäåëÿåò ïîëíîñòüþ íåëè-
íåéíûå îïòè÷åñêèå è íåëèíåéíûå ìàãñâîéñòâà ìíîãîñ-
ëîéíûõ ïëåíîê ÔÌ/ÍÌ [8].
Ìíîãîñëîéíûå ñèñòåìû ÔÌ/ÍÌ îáëàäàþò èíòåðåñ-
íûìè ìàãíèòîîïòè÷åñêèìè ñâîéñòâàìè. Òàê, â [9] áûëî
îáíàðóæåíî ïåðèîäè÷åñêîå óâåëè÷åíèå ïîëÿðíîãî ýô-
ôåêòà Êåððà (ÝÊ) ïðè � � 6328 � â ìàãíèòíî íàñûùåííîé
ñýíäâè÷åâîé ñòðóêòóðå (Fe/Cu/Fe) ïðè èçìåíåíèè òîëùè-
íû ñëîÿ ìåäè. Ìîäóëü êîìïëåêñíîãî ýôôåêòà Êåððà èçìå-
íÿëñÿ áîëåå ÷åì â 2 ðàçà. Åùå áîëåå ñèëüíîå ïåðèîäè-
÷åñêîå óâåëè÷åíèå ýôôåêòà ïðè ýòîé æå äëèíå âîëíû
ñâåòà íàáëþäàëîñü â ñýíäâè÷àõ FeCo/Cu/FeCo [10]. Ñèëü-
íîå âëèÿíèå òîëùèíû ñëîåâ ìåäè â ìíîãîñëîéíûõ ïëåí-
êàõ [Cu/Co]25 íà ïîëÿðíûé è ïðîäîëüíûé ýôôåêòû Êåððà,
à òàêæå íà ýôôåêòèâíûé êîýôôèöèåíò ïðåëîìëåíèÿ
ïëåíêè â øèðîêîé ñïåêòðàëüíîé îáëàñòè áûëî âûÿâëåíî
â ðàáîòå [11]. Íàáëþäàëàñü êîððåëÿöèÿ ìåæäó èçìåíåíè-
ÿìè îïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ è îáìåííîé ñâÿçè ìåæäó ìàã-
íèòíûìè ñëîÿìè ïëåíêè. Â ïëåíêå ñ òîëùèíîé ìåäíîãî
ñëîÿ, ïðè êîòîðîì óñòàíàâëèâàëàñü àíòèôåððîìàãíèòíàÿ
îáìåííàÿ ñâÿçü, óãîë âðàùåíèÿ îñè ïîëÿðèçàöèè ñâåòà
ïðè ïðîäîëüíîì ýôôåêòå Êåððà âáëèçè 2,5 ý óâåëè÷è-
âàëñÿ áîëåå ÷åì â äåñÿòü ðàç. Íàáëþäàåìûå ïåðèîäè÷åñ-
êèå èçìåíåíèÿ âåëè÷èíû ýôôåêòà Êåððà ñâÿçûâàëèñü ñî
ñïèíîâîé ïîëÿðèçàöèåé ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè â ñëîå
ìåäè [10], ñ èçìåíåíèÿìè ýëåêòðîííîãî ýíåðãåòè÷åñêîãî
ñïåêòðà ìåäíîãî ñëîÿ [9], à òàêæå ñ èçìåíåíèÿìè îïòè-
÷åñêèõ ñâîéñòâ èíòåðôåéñíîãî ñëîÿ Co/Cu [11].
Ñèñòåìàòè÷åñêèå èññëåäîâàíèÿ ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ
ñâîéñòâ êëèíîâèäíûõ ñýíäâè÷åâûõ (Au/Co–êëèí/Au
[12], Au/Fe–êëèí/Au [13], Au/Cr–êëèí/Fe [13],
Fe/Au–êëèí/Fe [14,15], Fe/Ag–êëèí/Fe [14]) è äâóõñëîé-
íûõ (Au–êëèí/Fe [16], Au–êëèí/Co [17]) ñòðóêòóð â øè-
ðîêîì ñïåêòðàëüíîì äèàïàçîíå âûÿâèëè îñöèëëÿöèè,
îáóñëîâëåííûå èçìåíåíèÿìè ýíåðãåòè÷åñêèõ ýëåêòðîí-
íûõ ñïåêòðîâ ÍÌ èëè ÔÌ ìåòàëëîâ è èçìåíåíèÿìè
êîìïîíåíò òåíçîðà èõ îïòè÷åñêîé ïðîâîäèìîñòè èç-çà
ïðîñòðàíñòâåííîãî êâàíòîâàíèÿ äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ â
òîíêèõ ñëîÿõ ìåòàëëîâ è îáðàçîâàíèÿ â íèõ íîâûõ
ñïèí-ïîëÿðèçîâàííûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé.
Èçâåñòíà òàêæå ðàáîòà [18], â êîòîðîé ñîîáùàëîñü î
ïîÿâëåíèè ñèëüíîé çàâèñèìîñòè ýôôåêòà Êåððà îò ìàã-
íèòíîãî ïîëÿ â ïîëÿõ, ïðåâûøàþùèõ ïîëå òåõíè÷åñêîãî
ìàãíèòíîãî íàñûùåíèÿ ôåððîìàãíèòíîãî ñëîÿ ïëåíêè,
ïðè îïðåäåëåííûõ òîëùèíàõ ÍÌ ïðîñëîéêè. Â ýòîé ðà-
áîòå íàáëþäàëèñü âñïëåñêè «ïàðàìàãíèòíîãî» ïîëÿðíî-
ãî ýôôåêòà Êåððà â ñèñòåìå Au/Ru–êëèí/Co ïðè òåõ
òîëùèíàõ ñëîÿ ðóòåíèÿ, êîòîðûå îáåñïå÷èëè áû àíòè-
ôåððîìàãíèòíóþ ñâÿçü ìåæäó ñëîÿìè êîáàëüòà â ñýíä-
âè÷åâîé ñòðóêòóðå Co/Ru/Co. Ýôôåêò îáúÿñíÿëè êâàí-
òîâûì ðàçìåðíûì ýôôåêòîì è èçìåíåíèåì ïëîòíîñòè
ýëåêòðîíîâ íà óðîâíå Ôåðìè ïðè îïðåäåëåííûõ òîëùè-
íàõ ñëîÿ ðóòåíèÿ.
 ýòîé ñòàòüå ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâà-
íèÿ ïîâåäåíèÿ ìàãíèòîîïòè÷åñêîãî ïðîäîëüíîãî (ìåðè-
äèîíàëüíîãî) ýôôåêòà Êåððà â çàâèñèìîñòè îò íàïðÿ-
æåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ
Co/Cu(111) ñ ðàçëè÷íûìè òîëùèíàìè ñëîåâ ìåäè. Ïîêà-
çàíî, ÷òî ïðè îïðåäåëåííûõ òîëùèíàõ ñëîåâ ìåäè âî
âíåøíåì ìàãíèòíîì ïîëå, ïðåâûøàþùåì ïîëå òåõíè-
÷åñêîãî ìàãíèòíîãî íàñûùåíèÿ, íàáëþäàåòñÿ ñóùåñ-
òâåííîå óâåëè÷åíèå ìàãíèòîîïòè÷åñêîãî ýôôåêòà.
2. Îáðàçöû è ìåòîäè÷åñêèå îñîáåííîñòè
ýêñïåðèìåíòà
Ìíîãîñëîéíûå ïëåíêè Cu (12,5 �) /Co(8 �) /
[Cu(d Cu )(111)/Co(8 �)]19/Cu(50 �)/ñëþäà áûëè èçãîòîâ-
ëåíû ìåòîäîì ìàãíåòðîííîãî ðàñïûëåíèÿ [19]. Îñòà-
òî÷íîå äàâëåíèå â âàêóóìíîé óñòàíîâêå ñîñòàâëÿëî
~ 10–6 Òîðð, à äàâëåíèå àðãîíà ïðè íàïûëåíèè ðàâíÿ-
ëîñü 1,3 �10–3 Òîðð. Ñëîè Ñî/Cu áûëè íàïûëåíû íà ïîä-
ëîæêó èç ñëþäû ôòîðôëîãîïèò. Ñíà÷àëà íà ñëþäó êîí-
äåíñèðîâàëñÿ ñëîé ìåäè òîëùèíîé 50 �, çàòåì íà íåì
ïîñëåäîâàòåëüíî ôîðìèðîâàëèñü ñëîè êîáàëüòà è ìåäè.
Ñêîðîñòè êîíäåíñàöèè àòîìîâ Ñî è Cu ñîñòàâëÿëè 0,45
è 0,58 �/ñ ñîîòâåòñòâåííî. Òîëùèíà ñëîåâ îïðåäåëÿëàñü
âðåìåíåì íàïûëåíèÿ. Êàëèáðîâêó ñêîðîñòåé íàïûëåíèÿ
ïðîâîäèëè ìåòîäîì îïòè÷åñêîé ìíîãîëó÷åâîé èíòåðôå-
ðîìåòðèè. Îøèáêà îïðåäåëåíèÿ òîëùèíû ñëîåâ, ñîãëàñ-
íî îöåíêàì, íå ïðåâûøàëà 2%. Ïåðèîäè÷íîñòü ñòðóê-
òóðû ïðîâåðÿëè ìåòîäîì ìàëîóãëîâîé ðåíòãåíîâñêîé
äèôðàêöèè. Âî âñåõ îáðàçöàõ ñåðèè íîìèíàëüíàÿ òîë-
ùèíà êîáàëüòà d Co ñîñòàâëÿëà 8 �. Òîëùèíû ìåäíûõ
ñëîåâ d Cu â êàæäîì èç îáðàçöîâ áûëè îäèíàêîâû, à â
ðàçíûõ îáðàçöàõ îíè ñîñòàâëÿëà 6; 7; 9; 10; 11; 12; 13,5;
15; 17; 18; 19 è 20 �. Ïîñëåäíèé ñëîé êîáàëüòà áûë ïî-
êðûò ñëîåì ìåäè òîëùèíîé 12,5 �.
 ïðîöåññå ðîñòà ïëåíêè îáðàçóåòñÿ òåêñòóðèîðî-
âàííàÿ ñëîèñòàÿ ñòîëá÷àòàÿ ñòðóêòóðà. Äèàìåòðû
ñòîëáèêîâ, êàê ïîêàçàëè ýëåêòðîííî-ìèêðîñêîïè÷åñ-
êèå íàáëþäåíèÿ, ñîñòàâëÿëè 80–100 �. Êðèñòàëëîãðà-
ôè÷åñêèå ïëîñêîñòè (111) â ñëîÿõ ìåäè ïàðàëëåëüíû
ïîâåðõíîñòè ñëþäû. Ñëîè êîáàëüòà èìåëè ãðàíåöåíò-
ðèðîâàííóþ êóáè÷åñêóþ ñòðóêòóðó ñ îñüþ [111], ïåð-
ïåíäèêóëÿðíîé ïëîñêîñòè ñëîÿ. Ìàãíèòíûå ìîìåíòû
ÔÌ ñëîåâ êîáàëüòà â òàêèõ ñòðóêòóðàõ áëàãîäàðÿ
äåéñòâèþ ïîëåé ðàçìàãíè÷èâàíèÿ îðèåíòèðóþòñÿ ïà-
ðàëëåëüíî ïëîñêîñòÿì ñëîåâ, õîòÿ èõ ëåãêàÿ îñü êðè-
ñòàëëîãðàôè÷åñêîé ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèè ïåðïåí-
äèêóëÿðíà ñëîÿì.
Èçìåðÿëè óãëû âðàùåíèÿ îñè ïîëÿðèçàöèè ñâåòà,
îòðàæåííîãî îò ïîâåðõíîñòè ïëåíêè, â çàâèñèìîñòè
îò íàïðÿæåííîñòè âíåøíåãî ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ãåî-
ìåòðèè ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà Êåððà ïðè s-ïîëÿðèçà-
öèè ïàäàþùåãî ñâåòà (âåêòîð ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ
Èíäóöèðîâàííîå ìàãíèòíûì ïîëåì óâåëè÷åíèå ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà Êåððà â ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ Co/Cu(111)
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11 1305
ñâåòîâîé âîëíû ïåðïåíäèêóëÿðåí ïëîñêîñòè ïàäå-
íèÿ). Èçìåðåíèÿ ïðîâîäèëè ñ ïîìîùüþ ìàãíèòîîïòè-
÷åñêîé óñòàíîâêè, â êîòîðîé èñïîëüçîâàëè ìîäóëÿöè-
îííóþ ìåòîäèêó. Ðàáî÷åé ñðåäîé ôàðàäååâñêîãî
ìîäóëÿòîðà ïîëÿðèçàöèè ñâåòà áûë YBi–æåëåçî–ãàë-
ëèåâûé ãðàíàò. Èñòî÷íèêîì ñâåòà ñëóæèë ãåëèé-íå-
îíîâûé ëàçåð ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ � = 6328 �.
Óãîë ïàäåíèÿ ñâåòà íà îáðàçåö ñîñòàâëÿë 54°. Ìàêñè-
ìàëüíàÿ âåëè÷èíà íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ
áûëà 16,8 êÝ. Âåëè÷èíó ýôôåêòà îïðåäåëÿëè ïðè ïî-
ìîùè ìàãíèòîîïòè÷åñêîé êâàðöåâîé ÿ÷åéêè Ôàðàäåÿ.
Ðàçáðîñ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ òî÷åê ïðè èçìåðåíèÿõ
óãëà âðàùåíèÿ îñè ïîëÿðèçàöèè ñâåòà, îáóñëîâëåí-
íîãî ÝÊ, ñîñòàâëÿë îêîëî 10–3 ãðàäóñà. Âñå èçìåðåíèÿ
ïðîâîäèëè ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå îáðàçöîâ. Îò-
êëîíåíèÿ îðèåíòàöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ îò ïëîñêîñòè
ïëåíêè íå ïðåâûøàëè 1 ãðàäóñà. Ðàçìåðû ñâåòîâîãî
ïÿòíà íà îáðàçöå áûëè íå áîëüøå 0,5 ìì. Â ïîëÿõ,
ìåíüøèõ 100 Ý, íàáëþäàëàñü çàâèñèìîñòü âåëè÷èíû
ýôôåêòà Êåððà îò îðèåíòàöèè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â
ïëîñêîñòè ïëåíêè. Â áîëüøèõ ïîëÿõ ýôôåêò íå çàâè-
ñåë îò îðèåíòàöèè ïîëÿ. Òåì íå ìåíåå ïðè âñåõ ýêñïå-
ðèìåíòàõ îáðàçåö îðèåíòèðîâàëè òàê, ÷òîáû ïîëå ëå-
æàëî â ïëîñêîñòè ïëåíêè è ãèñòåðåçèñíàÿ ïåòëÿ èìåëà
íàèáîëüøåå êîýðöèòèâíîå ïîëå. Â ðàáîòå ýòî íàïðàâ-
ëåíèå îáîçíà÷åíî êàê îñü Õ. Èñêëþ÷åíèåì áûëà ïëåí-
êà ñ òîëùèíîé ìåäíîãî ñëîÿ d Cu = 18 �. Â ýòîé ïëåíêå
íå íàáëþäàëàñü àíèçîòðîïèÿ ýôôåêòà Êåððà.
3. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå ðåçóëüòàòû
Âî âñåõ ïëåíêàõ, êðîìå ïëåíêè ñ òîëùèíîé ìåäíîãî
ñëîÿ d Cu = 18 �, â ñëàáûõ ïîëÿõ íàáëþäàëñÿ ãèñòåðå-
çèñ íàìàãíè÷èâàíèÿ, à ôîðìà ãèñòåðåçèñíîé ïåòëè çà-
âèñåëà îò îðèåíòàöèè ïîëÿ â ïëîñêîñòè. Âèä çàâèñè-
ìîñòè âåëè÷èíû êîýðöèòèâíîãî ïîëÿ îò íàïðàâëåíèÿ
âíåøíåãî ïîëÿ ñâèäåòåëüñòâîâàë î íàëè÷èè â ïëîñêîñ-
òè ïëåíêè ñëàáîé îäíîîñíîé àíèçîòðîïèè. Êîýðöèòèâ-
íûå ïîëÿ íå ïðåâûøàëè 50 Ý. Çàâèñèìîñòè óãëà âðàùå-
íèÿ Êåððà îò íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ �( )H äëÿ
ïëåíîê ñ ðàçíûìè òîëùèíàìè ìåäíûõ ñëîåâ d Cu ñó-
ùåñòâåííî ðàçëè÷àëèñü ìåæäó ñîáîé ôîðìîé ãèñòå-
ðåçèñíûõ ïåòåëü, âåëè÷èíàìè êîýðöèòèâíûõ ïîëåé, à
òàêæå õàðàêòåðîì èçìåíåíèé â áîëåå ñèëüíûõ ïîëÿõ.
Îñíîâíîå âíèìàíèå â íàñòîÿùåé ðàáîòå óäåëÿëîñü
ïîâåäåíèþ ýôôåêòà Êåððà â îòíîñèòåëüíî ñèëüíûõ
ïîëÿõ, ïðåâûøàþùèõ êîýðöèòèâíûå. Íà ðèñ. 1 ïðåä-
ñòàâëåíû óãëû âðàùåíèÿ, ïîëó÷åííûå ïðè ðàçëè÷íûõ
íàïðÿæåííîñòÿõ ïîëÿ, â çàâèñèìîñòè îò òîëùèíû
ìåäíûõ ñëîåâ ïëåíîê. Îáðàùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå íå-
ìîíîòîííûé õàðàêòåð ýòèõ çàâèñèìîñòåé è îòëè÷èå
èõ ïîâåäåíèÿ ïðè d Cu > 16 �.
Íà ðèñ. 2–5 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè �( )H äëÿ ïëå-
íîê ñ ðàçíûìè òîëùèíàìè ìåäíûõ ñëîåâ. Âèäíî, ÷òî â
ïîëÿõ, áîëüøèõ 3–6 êÝ, çàâèñèìîñòè �( )H èëè âûõîäÿò
íà íàñûùåíèå (d Cu = 7, 10, 11, 12, 15, 20 �), èëè ñòàíî-
âÿòñÿ áëèçêèìè ê ëèíåéíûì (d Cu = 6, 9, 18 �), èëè
ïðèáëèæàþòñÿ ê òàêîâûì (d Cu = 13,5 �). Âûäåëÿåòñÿ
ñâîèì ïîâåäåíèåì ïëåíêà ñ òîëùèíîé ìåäíûõ ñëîåâ
d Cu = 18 � (ñì. ðèñ. 2,â). Â ýòîé ïëåíêå ãèñòåðåçèñ �( )H
îòñóòñòâóåò è îñòàòî÷íîå âðàùåíèå (ïðè Í = 0) â ïðåäå-
ëàõ îøèáîê ýêñïåðèìåíòà ðàâíî íóëþ. Âðàùåíèå îñè
ïîëÿðèçàöèè ñâåòà ïîñëå äîñòèæåíèÿ ïîëåì âåëè÷èíû
îêîëî 5 êÝ ïðîäîëæàåò ñèëüíî ëèíåéíî óâåëè÷èâàòüñÿ
ñ ðîñòîì ïîëÿ âïëîòü äî ìàêñèìàëüíîé â ýêñïåðèìåíòå
íàïðÿæåííîñòè 16,8 êÝ. Ïîâåäåíèå ýôôåêòà Êåððà â
ýòîé ïëåíêå â ïîëå ñóùåñòâåííî îòëè÷àåòñÿ îò ïîâåäå-
íèÿ åãî â ïëåíêàõ ñ áëèçêèìè çíà÷åíèÿìè òîëùèí
d Cu = 17, 19 è 20 � (ðèñ. 5). Åñëè âåëè÷èíà ýôôåêòà
Êåððà â ýòèõ ïëåíêàõ ïî÷òè íå èçìåíÿåòñÿ ïîñëå 4 êÝ,
òî â ïëåíêå ñ d Cu = 18 � îíà óâåëè÷èâàåòñÿ âäâîå ïðè
äîñòèæåíèè ïîëåì âåëè÷èíû 16,8 êÝ. Òàêîå æå ëèíåé-
íîå óâåëè÷åíèå ýôôåêòà Êåððà â ïîëå, íî íåñêîëüêî ìå-
íåå âûðàæåííîå, íàáëþäàëîñü â ïëåíêå ñ d Cu = 9 �
(ðèñ. 3). Â ïëåíêàõ ñ áëèçêèìè òîëùèíàìè d Cu = 7 � è
10 � ýôôåêò íå óâåëè÷èâàåòñÿ. Ðèñóíîê 3 èëëþñòðèðó-
åò ýòî ñâîéñòâî áîëåå îò÷åòëèâî. Çàìåòíîå óâåëè÷åíèå
ýôôåêòà ïðîèñõîäèò òàêæå â ïëåíêå ñ d Cu = 13,5 �
(ðèñ. 4). Ñëàáî âûðàæåííîå ëèíåéíîå óâåëè÷åíèå ýô-
ôåêòà Êåððà â ìàãíèòíîì ïîëå íàáëþäàëîñü è â ïëåíêå
ñ d Cu = 6 �.
4. Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ
Îáðàùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå òî, ÷òî ÷óâñòâèòåëü-
íûìè ê ïîëþ îêàçûâàþòñÿ ïëåíêè, ñ òîëùèíàìè ìåä-
íûõ ñëîåâ 9; 13,5 è 18 �, ïðè êîòîðûõ â ñèñòåìå
Co/Cu(111)/Co óñòàíàâëèâàåòñÿ îáìåííàÿ ñâÿçü ìåæ-
äó ñëîÿìè êîáàëüòà. Ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè, íåñìîòðÿ
íà ïðîòèâîðå÷èâûå ðåçóëüòàòû ïåðâûõ èññëåäîâàíèé
[7], ýêñïåðèìåíòàëüíî íàäåæíî óñòàíîâëåíî, ÷òî â
ïëåíêàõ Co/Cu(111), âûðàùåííûõ êàê ìåòîäîì ìîëå-
1306 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11
È.Í. Ëóêèåíêî, Í.Ô. Õàð÷åíêî, Â.Â. Çîð÷åíêî, À.Í. Ñòåöåíêî
0
Ðèñ. 1. Çàâèñèìîñòü óãëà âðàùåíèÿ îñè ýëëèïñà ïîëÿðèçàöèè
ñâåòà ïðè ïðîäîëüíîì ýôôåêòå Êåððà îò òîëùèíû ìåäíûõ
ñëîåâ ïëåíîê Co/Cu â ìàãíèòíûõ ïîëÿõ H , êÝ: 2 (�), 8 (�),
êóëÿðíûõ ïó÷êîâ, òàê è ìåòîäîì ìàãíåòðîííîãî ðàñ-
ïûëåíèÿ, â ñîãëàñèè ñ òåîðåòè÷åñêèìè ïðåäñòàâëå-
íèÿìè [20], ïðè òîëùèíå ìåäíîãî ñëîÿ, áëèçêîé ê
d Cu = 4,5 ML(9 �) è d Cu = 9 ML(18 �), ìåæäó ñëîÿìè
êîáàëüòà óñòàíàâëèâàåòñÿ àíòèôåððîìàãíèòíàÿ îá-
ìåííàÿ ñâÿçü ÷åðåç ýëåêòðîíû ïðîâîäèìîñòè ìåäíîãî
ñëîÿ [21]. Îäíàêî èç-çà íàëè÷èÿ ðàçëè÷íîãî ðîäà ôåð-
ðîìàãíèòíûõ «çàêîðîòîê» ìåæäó ñëîÿìè Ñî [22] (ïî
ãðàíèöàì ìåæäó çåðíàìè-ñòîëáèêàìè, íà ãðàíèöàõ
êðèñòàëëè÷åñêèõ äâîéíèêîâ â ñëîÿõ ìåäè â ñàìîì
ñòîëáèêå, â «áóëàâî÷íûõ ïðîêîëàõ» ìåäíûõ ñëîåâ, çà-
ïîëíåííûõ àòîìàìè êîáàëüòà, íà äðóãèõ äåôåêòàõ è
èç-çà íàëè÷èÿ ãðóáûõ øåðîõîâàòîñòåé íà èíòåðôåé-
ñàõ, ïðèâîäÿùèõ ê ìàãíèòîäèïîëüíîé ñâÿçè ñîñåäíèõ
ñëîåâ êîáàëüòà) áîëüøàÿ ÷àñòü âñåõ ñëîåâ Ñî âî âñåõ
ïëåíêàõ ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñâÿçàííóþ ôåððîìàãíèò-
íóþ ñèñòåìó.
Ïðè òîëùèíå d Cu , áëèçêîé ê 13,5 �, ìåæäó ñëîÿìè
êîáàëüòà äîëæíà óñòàíàâëèâàòüñÿ ôåððîìàãíèòíàÿ
ñâÿçü è êðèâàÿ íàìàãíè÷èâàíèÿ ïëåíêè äîëæíà îòëè-
÷àòüñÿ îò êðèâûõ íàìàãíè÷èâàíèÿ ïëåíîê ñ àíòèôåð-
ðîìàãíèòíîé ñâÿçüþ. Íî, ó÷èòûâàÿ òî, ÷òî äàæå â
ïëåíêàõ ñ àíòèôåððîìàãíèòíîé ñâÿçüþ äîëÿ ôåððî-
ìàãíèòíî ñâÿçàííûõ îáëàñòåé â íèõ ïðåîáëàäàåò, ðàç-
ëè÷èå êðèâûõ M H( ) â ïîëÿõ, áîëüøèõ êîýðöèòèâíîãî
ïîëÿ, äîëæíî áûòü íåçíà÷èòåëüíûì.
Íàäî îòìåòèòü, ÷òî ëèíåéíîå ñ ïîëåì óâåëè÷åíèå ýô-
ôåêòà Êåððà íàèáîëåå îò÷åòëèâî âûÿâëÿåòñÿ â ïëåíêàõ
ñ òîëùèíîé ìåäíûõ ñëîåâ 18 è 9 �. Â ïëåíêå ñ
d Cu = 13,5 � ýôôåêò Êåððà òàêæå ñóùåñòâåííî óâåëè÷è-
âàåòñÿ ñ ðîñòîì ïîëÿ, íî âîçðàñòàíèå óãëà âðàùåíèÿ
çàìåòíî íåëèíåéíîå âïëîòü äî íàïðÿæåííîñòè îêîëî
10 êÝ. Êðîìå òîãî, åñëè âî âñåõ îñòàëüíûõ ïëåíêàõ, êðî-
Èíäóöèðîâàííîå ìàãíèòíûì ïîëåì óâåëè÷åíèå ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà Êåððà â ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ Co/Cu(111)
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11 1307
–0,06
–0,04
–0,02
0
0,02
0,04
0,06
a
–15 –10 –5 0 5 10 15
H ,x êÝ
�,
ãð
àä
d /dH�
-0,04
-0,02
0
0,02
0,04 á
–0,04
–0,02
0
0,02
0,04
â
�,
ãð
àä
�,
ãð
àä
Ðèñ. 2. Çàâèñèìîñòè óãëà âðàùåíèÿ îñè ýëëèïñà ïîëÿðèçà-
öèè ñâåòà ïðè ïðîäîëüíîì ýôôåêòå Êåððà îò íàïðÿæåí-
íîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ äëÿ ïëåíîê ñ ðàçëè÷íîé òîëùèíîé
ñëîåâ ìåäè.
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0,035
0,040
0,045
0,050
0,055
|H |,x êÝ
|
|,�
ãð
àä
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
|H |,x êÝ
|
|,�
ãð
àä
à
á
Ðèñ. 3. Çàâèñèìîñòè óãëà âðàùåíèÿ îñè ýëëèïñà ïîëÿðèçà-
öèè ñâåòà ïðè ïðîäîëüíîì ýôôåêòå Êåððà îò íàïðÿæåí-
íîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ïëåíêàõ Co/Cu(111) ñ òîëùèíîé
ìåäíûõ ñëîåâ dCu, �: 9 (ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü) (à); 7 è
10 (ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè íå íàáëþäàåòñÿ) (á). Ñïëîøíûå
ëèíèè — àïïðîêñèìàöèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ çàâèñè-
ìîñòüþ � � �0 � � �SPsL H/kT( ) � � MOH .
ìå ïëåíîê ñ d Cu = 18 è 9 �, ýôôåêò Êåððà âûõîäèò íà íà-
ñûùåíèå â ïîëÿõ, áëèçêèõ ê 4 êÝ , òî â ýòîé ïëåíêå íàñû-
ùåíèå ýôôåêòà íå ïðîèñõîäèò è â ìàêñèìàëüíîì ïîëå
16,8 êÝ. Íàäåæíî îïðåäåëèòü íàêëîí ëèíåéíîé çàâèñè-
ìîñòè äëÿ ïëåíêè ñ d Cu = 13,5 � çàòðóäíèòåëüíî.
Íàáîð ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ äëÿ âñåõ ïëåíîê â
ïîëÿõ, ïðåâûøàþùèõ ïîëÿ ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèè â
ïëîñêîñòè ïëåíêè, ìîæíî îïèñàòü, ïðåäïîëîæèâ íàëè÷èå
â ïëåíêå ñóïåðïàðàìàãíèòíîé ïîäñèñòåìû íå ñâÿçàííûõ
ìåæäó ñîáîé îáìåííûì âçàèìîäåéñòâèåì ôåððîìàã-
íèòíûõ êëàñòåðîâ êîáàëüòà. Íà ðèñ. 3–5 ñïëîøíûìè òîí-
êèìè ëèíèÿìè ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè
� � �
�
�( ) ( )H L
H
kT
HSPs MO� � �0 (1)
ñ îïòèìàëüíî ïîäîáðàííûìè ïàðàìåòðàìè �0, �SPs , � è
� MO . Çäåñü L H/kT( )� — ôóíêöèÿ Ëàíæåâåíà, �0 — ñïîí-
òàííîå âðàùåíèå Êåððà, îáóñëîâëåííîå ôåððîìàãíèòíîé
ïîäñèñòåìîé êîáàëüòà è ñïèí-ïîëÿðèçîâàííûìè ýëåê-
òðîíàìè ìåäè, � — ìàãíèòíûé ìîìåíò êëàñòåðà,
� �SPs SPV p� — âðàùåíèå, îáóñëîâëåííîå ñóïåðïàðà-
ìàãíèòíîé ïîäñèñòåìîé ïðè åå ìàãíèòíîì íàñûùåíèè,
VSP — êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ìåæäó âðà-
ùåíèåì Êåððà è íàìàãíè÷åííîñòüþ ñóïåðïàðàìàãíèòíîé
ïîäñèñòåìû, p — êîëè÷åñòâî ìàãíèòíûõ êëàñòåðîâ â åäè-
íèöå îáúåìà è � MO — ìàãíèòîîïòè÷åñêàÿ âîñ-
ïðèèì÷èâîñòü, ïðèðîäà êîòîðîé òðåáóåò âûÿñíåíèÿ. Íà
ðèñ. 6 ïðèâåäåíû ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ ìàãíèòîîïòè-
÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè � �MO d /dH� ( ) äëÿ âñåõ ïëå-
íîê. Çäåñü òî÷êè 1 ñîîòâåòñòâóþò íàêëîíó ïðÿìûõ, ïðî-
âåäåííûõ «íà ãëàç» ïðè H > 10 êÝ, òî÷êè 2 — çíà÷åíèÿì
� MO , ï î ë ó ÷ å í í û ì ï ó ò å ì à ï ï ð î ê ñ è ì à ö è è
ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ çàâèñèìîñòüþ (1).
Ñîïîñòàâëÿÿ ðèñ. 6 è ðèñ. 1, ìîæíî âèäåòü, ÷òî ìåæäó
çàâèñèìîñòÿìè � MO d( )Cu è � ( , )d HCu ñonst� èìååòñÿ
êîððåëÿöèÿ. Òàê êàê íîìèíàëüíûå ñóììàðíûå òîëùèíû
âñåõ ñëîåâ êîáàëüòà âî âñåõ ïëåíêàõ îäíè è òå æå, òî è íà-
ìàãíè÷åííîñòè ïðè íàñûùåíèè âñåõ ïëåíîê äîëæíû
áûòü áëèçêèìè. Ïðè ïîñòîÿííîì êîýôôèöèåíòå ïðîïîð-
öèîíàëüíîñòè ìåæäó âåëè÷èíîé ýôôåêòà Êåððà è íàìàã-
íè÷åííîñòüþ ôåððîìàãíèòíîé ïîäñèñòåìû ïëåíêè è îò-
ñóòñòâèè ñóùåñòâåííûõ âêëàäîâ â ýôôåêò ñî ñòîðîíû
ñïèí-ïîëÿðèçîâàííîé ïîäñèñòåìû ìåäè çàâèñèìîñòè
� ( , )d HCu ñonst� äîëæíû áûòü ìîíîòîííî ñïàäàþùèìè
èç-çà óìåíüøåíèÿ âêëàäà â ýôôåêò áîëåå ãëóáîêèõ ñëîåâ
êîáàëüòà ïðè óâåëè÷åíèè òîëùèíû ïîãëîùàþùèõ ñâåò
ñëîåâ ìåäè. Íî íà ðèñ. 1 âèäíî, ÷òî ýôôåêò Êåððà â ïîëå
8 êÝ, ïðè êîòîðîì íàñûùåíèå è ôåððîìàãíèòíîé, è ñó-
ïåðïàðàìàãíèòíîé ïîäñèñòåì óæå ïî÷òè äîñòèãàåòñÿ âî
âñåõ ïëåíêàõ, ñóùåñòâåííî óâåëè÷åí äëÿ ïëåíîê ñ
d Cu = 9; 13,5 è 18 �. Òàêàÿ ñèòóàöèÿ ìîæåò áûòü îáóñëîâ-
1308 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11
È.Í. Ëóêèåíêî, Í.Ô. Õàð÷åíêî, Â.Â. Çîð÷åíêî, À.Í. Ñòåöåíêî
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0,035
0,040
0,045
0,050
|
|,�
ãð
àä
|H |,x êÝ
Ðèñ. 4. Âûõîä çàâèñèìîñòè �( )H äëÿ ïëåíêè ñ òîëùèíîé
ìåäíûõ ñëîåâ 13,5 � íà ëèíåéíóþ. Ñïëîøíàÿ ëèíèÿ — àï-
ïðîêñèìàöèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ çàâèñèìîñòüþ
� �� �0 � � �SPs MOL H/kT H( ) � . Ïóíêòèðíàÿ ïðÿìàÿ ïðîâåäå-
íà «íà ãëàç».
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0,006
0,009
0,012
0,015
0,018
0,021
0,024
|
|,�
ãð
àä
|H |,x êÝ
Ðèñ. 5. Çàâèñèìîñòè �( )H äëÿ ïëåíîê ñ òîëùèíàìè ìåäíûõ
ñëîåâ, áëèçêèõ ê 18 �. Ñïëîøíûå ëèíèè — àïïðîêñèìà-
öèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ çàâèñèìîñòÿìè � �� �0
� �� �SPsL H/kT( ) � MOH .
6 8 10 12 14 16 18 20
0
0,0002
0,0004
0,0006
0,0008
0,0010
2
1
2
1
2
1
Ðèñ. 6. Ëèíåéíàÿ ìàãíèòîîïòè÷åñêàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü
� �MO d /dH� â ïîëÿõ H 10 êÝ äëÿ ïëåíîê ñ ðàçëè÷íûìè
òîëùèíàìè ïðîñëîåê ìåäè. Ðàçíûå çíà÷åíèÿ äëÿ îäíèõ è òåõ
æå ïëåíîê ïîëó÷åíû äâóìÿ ñïîñîáàìè: 1 — èç íàêëîíà ïðÿ-
ìîé, ïðîâåäåííîé «íà ãëàç», 2 — èç àïïðîêñèìàöèè ýêñïåðè-
ìåíòàëüíûõ äàííûõ çàâèñèìîñòÿìè � �� �0 � �SPsL H/kT( ) �
� � MOH . Ëîìàíàÿ ëèíèÿ, ñîåäèíÿþùàÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå
òî÷êè, ïðîâåäåíà ïðîèçâîëüíî.
ëåíà ëèáî óâåëè÷åíèåì ìàãíèòîîïòè÷åñêîãî êîýôôèöè-
åíòà äëÿ ýòèõ ïëåíîê, ëèáî ïîÿâëåíèåì íîâîãî áîëüøîãî
âêëàäà â ýôôåêò, òàêæå ïðîïîðöèîíàëüíîãî íàìàãíè÷åí-
íîñòè êîáàëüòîâîé ïîäñèñòåìû.
Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî íàäåæíûìè
ýêñïåðèìåíòàëüíûìè ôàêòàìè ÿâëÿþòñÿ: óâåëè÷åí-
íûé áîëåå ÷åì â 2 ðàçà ñïîíòàííûé ýôôåêò Êåððà â
ïëåíêàõ ñ d Cu = 9 è 13,5 � è áîëåå ÷åì íà ïîðÿäîê óâå-
ëè÷åííàÿ ìàãíèòîîïòè÷åñêàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü � MO
äëÿ ýòèõ æå ïëåíîê è äëÿ ïëåíêè ñ d Cu = 18 � ïî ñðàâ-
íåíèþ ñî çíà÷åíèÿìè ñîîòâåòñòâóþùèõ âåëè÷èí äëÿ
ïëåíîê ñ áëèçêèìè òîëùèíàìè ìåäíûõ ñëîåâ.
Îòìåòèì, ÷òî ýòè ðåçóëüòàòû ÷àñòè÷íî ïîäòâåðæäà-
þò ðåçóëüòàòû ðàáîòû [11], â êîòîðîé âïåðâûå íàáëþäà-
ëîñü áîëüøîå óñèëåíèå ñïîíòàííîãî ýôôåêòà Êåððà â
ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ [Co/Cu(9 �)]25 ñ àíòèôåððîìàã-
íèòíîé ñâÿçüþ ìåæäó ñëîÿìè êîáàëüòà. Íî èìååòñÿ è
ðàçëè÷èå ðåçóëüòàòîâ — óâåëè÷åíèå ñïîíòàííîãî ýô-
ôåêòà â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ íàáëþäàåòñÿ è â ïëåíêå ñ
ôåððîìàãíèòíîé ñâÿçüþ ïðè d Cu = 13,5 �. Îòìåòèì òàê-
æå, ÷òî ýêñïåðèìåíòàëüíàÿ çàâèñèìîñòü äëÿ ïëåíêè ñ
d Cu = 18 �, ñîîòâåòñòâóþùåé âòîðîìó àíòèôåððîìàã-
íèòíîìó ïèêó ìåæñëîåâîé îáìåííîé ñâÿçè, âûäåëÿåòñÿ
ñðåäè äðóãèõ è òåì, ÷òî ñïîíòàííûé ýôôåêò �0 â íåé, à
çíà÷èò, è ñïîíòàííàÿ íàìàãíè÷åííîñòü, áëèçêè ê íóëþ.
Çàâèñèìîñòü �( )H îïèñûâàåòñÿ ñóììîé ñóïåðïàðàìàã-
íèòíîãî âêëàäà è âêëàäà, ëèíåéíîãî ïî ïîëþ. Ðàçìåð
ìàãíèòíîãî êëàñòåðà, îïðåäåëåííîãî ïðè àïïðîêñèìà-
öèè ðåçóëüòàòîâ ôóíêöèåé Ëàíæåâåíà ñ ëèíåéíîé ïî ïî-
ëþ äîáàâêîé, îêàçàëñÿ áëèçêèì ê ðàçìåðó îäíîãî äèñêà â
ñòîëá÷àòîì çåðíå ïëåíêè. Ýòî îçíà÷àåò ãîðàçäî áîëü-
øóþ èçîëèðîâàííîñòü ñëîåâ êîáàëüòà äðóã îò äðóãà â
ýòîé ïëåíêå (îòñóòñòâèå ìàãíèòíûõ çàêîðîòîê), ÷åì âî
âñåõ îñòàëüíûõ.
Ñîîáùåíèÿ îá óâåëè÷åíèè ýôôåêòà Êåððà â ìàãíèò-
íîì ïîëå â ïëåíêàõ Co/Cu íàì íåèçâåñòíû, íî íàáëþäàâ-
øååñÿ ïîäîáíîå ÿâëåíèå â ñýíäâè÷å Au/Ru/Co [18] ãîâî-
ðèò â ïîëüçó òîãî, ÷òî ýôôåêò èíäóöèðîâàííîãî ïîëåì
óâåëè÷åíèÿ ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ ýôôåêòîâ òàêæå ÿâëÿåòñÿ
õàðàêòåðíûì äëÿ ñëîåâûõ ñòðóêòóð òèïà ÔÌ/ÍÌ.
Ðàññìîòðèì âîçìîæíûå ìåõàíèçìû âëèÿíèÿ ìàã-
íèòíîãî ïîëÿ íà ýôôåêò Êåððà â ïëåíêàõ ýòîãî òèïà.
1. Ïðè íàëè÷èè àíòèôåððîìàãíèòíîé ñâÿçè ìåæäó
ñëîÿìè åñòåñòâåííî áûëî áû ñâÿçàòü íàáëþäàåìîå ëè-
íåéíîå óâåëè÷åíèå ýôôåêòà Êåððà â ìàãíèòíîì ïîëå ñ
ïðîöåññîì íàìàãíè÷èâàíèÿ àíòèôåððîìàãíèòíîé
ñòðóêòóðû ïëåíêè — ðàçâîðîòîì ìàãíèòíûõ ìîìåí-
òîâ ñëîåâ êîáàëüòà ê íàïðàâëåíèþ ïîëÿ. Ëèíåéíîå ïî
ïîëþ íàðàñòàíèå íàìàãíè÷åííîñòè ñèñòåìû (è, ñîîò-
âåòñòâåííî, ëèíåéíîãî ìàãíèòîîïòè÷åñêîãî ýôôåêòà
Êåððà) â ýòîì ñëó÷àå äîëæíî ïðîèñõîäèòü âïëîòü äî
ïîëÿ çàõëîïûâàíèÿ ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ àíòèôåððî-
ìàãíèòíî ñâÿçàííûõ ñëîåâ, H flip . Ïîëå àíèçîòðîïèè â
ïëîñêîñòè ïëåíêè íå ïðåâûøàåò 100 Ý. Ïîýòîìó âåëè-
÷èíà ïîëÿ H flip îïðåäåëÿåòñÿ òîëüêî àíòèôåððîìàã-
íèòíîé îáìåííîé ñâÿçüþ J è òîëùèíîé ìàãíèòíîãî
ñëîÿ d FM . Ïîëå çàõëîïûâàíèÿ ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ
ïëåíêè, èìåþùåé n ôåððîìàãíèòíûõ ñëîåâ, ìîæíî
âûðàçèòü ôîðìóëîé [24]
H
J n
Ind FM
flip �
4 1( )
. (2)
Çäåñü I — íàìàãíè÷åííîñòü ñëîÿ êîáàëüòà, n — ÷èñëî
ÔÌ ñëîåâ. Ïðè òîëùèíå d Co = 8 �, äëÿ êîòîðîé íàìàã-
íè÷åííîñòè ñëîåâ êîáàëüòà I áëèçêè ê 900 Ãñ [23], à âå-
ëè÷èíà îáìåííîé êîíñòàíòû âî âòîðîì ìàêñèìóìå àíòè-
ôåððîìàãíèòíîé îáìåííîé ñâÿçè (ïðè d Cu � 18 �),
îïðåäåëÿåìîé äëÿ ïëåíîê Co/Cu(111), ïðèãîòîâëåííûõ
ìåòîäîì ìàãíåòðîííîãî ðàñïûëåíèÿ [24,25], íàõîäèòñÿ
â ïðåäåëàõ J = 0,08...0,06 ýðã/ñì2, ïîëå çàõëîïûâàíèÿ íå
äîëæíî ïðåâûøàòü 3 êÝ. Íàìàãíè÷åííîñòü è ýôôåêò
Êåððà äîëæíû âûõîäèòü íà íàñûùåíèå ïðè ýòîé íàïðÿ-
æåííîñòè. Íî, êàê âèäíî íà ðèñ. 2,â, ëèíåéíàÿ çàâèñè-
ìîñòü �( )H äëÿ ïëåíêè ñ d Cu = 18 � íàáëþäàåòñÿ äî ìàê-
ñèìàëüíîãî â ýêñïåðèìåíòå ïîëÿ 16,8 êÝ, ÷òî òðåáóåò
J � 0,5 ýðã/ñì2. Òàêàÿ áîëüøàÿ âåëè÷èíà îáìåííîé ñâÿçè
ìåæäó ñëîÿìè êîáàëüòà â èññëåäîâàííûõ ïëåíêàõ ïðåä-
ñòàâëÿåòñÿ äàëåêîé îò ðåàëüíîñòè, è ïðè÷èíà ïîÿâëåíèÿ
ëèíåéíîé çàâèñèìîñòè äîëæíà áûòü èíîé. Êðîìå òîãî,
îòñóòñòâèå íàñûùåíèÿ ýôôåêòà â ïëåíêå ñ ôåððîìàã-
íèòíîé ñâÿçüþ ìåæäó ñëîÿìè êîáàëüòà (d Cu = 13,5 �,
ðèñ. 4) òàêæå ãîâîðèò î äðóãîé ïðè÷èíå óâåëè÷åíèÿ ýô-
ôåêòà Êåððà â èññëåäóåìûõ ïëåíêàõ Co/Cu(111).
2. Ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü �( )H ìîãëà áû áûòü ñâÿçà-
íà ñ íàìàãíè÷èâàíèåì âíåøíèì ìàãíèòíûì ïîëåì
ïîäñèñòåìû îòäåëüíûõ àòîìîâ êîáàëüòà èëè èõ ìàëûõ
êëàñòåðîâ, íå ñâÿçàííûõ èëè ñëàáîñâÿçàííûõ ñ ôåððî-
ìàãíèòíûì ìàññèâîì âáëèçè ãðàíèö ðàçäåëà Co/Cu.
Åñëè îïèñûâàòü âêëàä ïàðàìàãíèòíîé ïîäñèñòåìû
àòîìîâ êîáàëüòà âûðàæåíèåì
�
�
PM P Ps P PH V I L
H
kT
f t( ) ( )�
�
�
�
�
�Co
Co , (3)
ãäå t PCo — ñóììàðíàÿ òîëùèíà ïàðàìàãíèòíûõ ñëîåâ
êîáàëüòà, è ïðåäïîëîæèòü, ÷òî íàìàãíè÷åííîñòè íàñû-
ùåíèÿ ïàðàìàãíèòíîé, I Ps , è ôåððîìàãíèòíîé, I Fs , ïîä-
ñèñòåì êîáàëüòà îäèíàêîâû è ðàâíû 900 Ãñ, çàâèñè-
ìîñòè ýôôåêòà Êåððà îò ñóììàðíîé òîëùèíû òîíêèõ
ïàðàìàãíèòíûõ è ôåððîìàãíèòíûõ ñëîåâ êîáàëüòà òàê-
æå îäèíàêîâû, òî äàæå ïðè îäèíàêîâûõ èõ ñóììàðíûõ
òîëùèíàõ, ( )t PCo = ( )t FCo , êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèî-
íàëüíîñòè ìåæäó êåððîâñêèì âðàùåíèåì è íàìàãíè÷åí-
íîñòüþ äëÿ ïàðàìàãíèòíîé ïîäñèñòåìû VP ïðè êîì-
íàòíîé òåìïåðàòóðå â ïëåíêå ñ d Cu = 18 � äîëæåí
ïðåâûñèòü ýòîò êîýôôèöèåíò äëÿ ÔÌ êîáàëüòà íå ìåíåå
÷åì â 250 ðàç. Åñëè æå ó÷åñòü, ÷òî ýôôåêòèâíàÿ òîëùèíà
ïàðàìàãíèòíîé ïðîñëîéêè èíòåðôåéñà Co/Cu ñîñòàâëÿ-
åò îêîëî 1 � [26], òî ïðè íîìèíàëüíîé òîëùèíå ñëîåâ
Èíäóöèðîâàííîå ìàãíèòíûì ïîëåì óâåëè÷åíèå ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà Êåððà â ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ Co/Cu(111)
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11 1309
êîáàëüòà d Co = 8 � (4 ìîíîñëîÿ) â èññëåäîâàííûõ ïëåí-
êàõ ñóììàðíàÿ òîëùèíà ïàðàìàãíèòíûõ ïðîñëîåê ñîñòà-
âèò îêîëî ÷åòâåðòè ñóììàðíîé òîëùèíû ÔÌ ñëîåâ è
íåîáõîäèìîå óâåëè÷åíèå ìàãíèòîîïòè÷åñêîé ïîñòîÿí-
íîé âîçðàñòåò äî òðåõ ïîðÿäêîâ, ÷òî ïðåäñòàâëÿåòñÿ íå-
ðåàëüíûì.
3. Ëèíåéíîå ïî ìàãíèòíîìó ïîëþ óñèëåíèå ìàãíè-
òîîïòè÷åñêèõ ýôôåêòîâ ìîãëî áû áûòü ñâÿçàíî ñ óâå-
ëè÷åíèåì âêëàäà â ýôôåêò Êåððà ýëåêòðîíîâ ïðîâî-
äèìîñòè ñëîåâ ìåäè. Âêëàä ñïèí-ïîëÿðèçîâàííûõ
ýëåêòðîíîâ â ñëîå íîðìàëüíîãî ìåòàëëà ïðåäïîëàãàë-
ñÿ îòâåòñòâåííûì çà óâåëè÷åíèå ñïîíòàííîãî ýôôåêòà
Êåððà ïëåíîê Fe/Cu/Fe è FeCo/Cu/FeCo [9,10], à ïàðà-
ìàãíåòèçì ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè â ñëîå ðóòåíèÿ
— çà ëèíåéíîå ñ ïîëåì óâåëè÷åíèå ýôôåêòà Êåððà â
ïëåíêàõ Au/Ru/Co [18].
Ïàðàìàãíåòèçì ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè ìåäè íå-
çíà÷èòåëüíûé, è äèàìàãíèòíàÿ âîñïðèèì÷èâîñòü â íåé
ïðåîáëàäàåò. Ìàãíèòîîïòè÷åñêèå ñâîéñòâà ìåäè èçó÷å-
íû ýêñïåðèìåíòàëüíî â ðàáîòàõ [27,28]. Èç ïðåäñòàâ-
ëåííîé â [27] ýêñïåðèìåíòàëüíî ïîëó÷åííîé äèñïåð-
ñèîííîé çàâèñèìîñòè âåëè÷èíû ïîëÿðíîãî ýôôåêòà
Êåððà ñëåäóåò, ÷òî ýôôåêò â îêðåñòíîñòè � � 6328 �
îïðåäåëÿåòñÿ â áîëüøåé ìåðå íåïðÿìûìè ýëåêòðîííû-
ìè ïåðåõîäàìè èç çàïîëíåííîé d-çîíû âáëèçè L3-òî÷êè
çîíû Áðèëëþýíà íà íåçàïîëíåííûå ó÷àñòêè sp-çîíû
÷óòü âûøå óðîâíÿ Ôåðìè è â ìåíüøåé ñòåïåíè — âíóò-
ðèçîííûìè ýëåêòðîííûìè ïåðåõîäàìè. Ïðè � = 6328 �
óãîë èíäóöèðîâàííîãî ïîëåì êåððîâñêîãî âðàùåíèÿ â
Cu áëèçîê ê 3,5�10–4 ãðàä/êÝ. Äëÿ ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà
Êåððà ìîæíî îæèäàòü, ÷òî óãîë âðàùåíèÿ áóäåò ìåíü-
øå ýòîé âåëè÷èíû íà ïîðÿäîê. Íàáëþäàåìàÿ íàìè
âåëè÷èíà d /dH� � 1�10–3 ãðàä/êÝ äëÿ ïëåíêè Co/Cu ñ
d Cu = 18 � ïî÷òè íà äâà ïîðÿäêà áîëüøå îæèäàåìîé
( ~ 10–5 ãðàä/êÝ) äëÿ ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà â ìàññèâíîé
ìåäè. Íî ýëåêòðîííûé ïàðàìàãíåòèçì Ïàóëè è, ñëåäî-
âàòåëüíî, ìàãíèòîîïòè÷åñêàÿ àêòèâíîñòü òîíêèõ ñëîåâ
ìåäè â ïëåíêàõ Co/Cu ìîæåò óâåëè÷èòüñÿ áëàãîäàðÿ
óâåëè÷åíèþ ïëîòíîñòè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé íà
óðîâíå Ôåðìè ïðè äåéñòâèè ýôôåêòà ïðîñòðàíñòâåí-
íîãî êâàíòîâàíèÿ è ïðèáëèæåíèè ýíåðãèè îáðàçîâàí-
íûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â êâàíòîâîé ÿìå ê ýíåðãèè
Ôåðìè. Â ðàáîòå [18] ïðåäïîëàãàëîñü, ÷òî íàáëþäàå-
ìûå â ñèñòåìå Au/Ru–êëèí/Co âñïëåñêè ìàãíèòîîï-
òè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè d H /dH�( ) êàê ôóíêöèè
òîëùèíû ïðè îïðåäåëåííûõ òîëùèíàõ ñëîÿ Ru îáó-
ñëîâëèâàëèñü äåéñòâèåì ýòîãî ìåõàíèçìà.
Óñëîâèÿ êâàíòîâàíèÿ äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ ñ ýíåð-
ãèåé Ôåðìè â ìåäíûõ ñëîÿõ, îãðàíè÷åííûõ ñëîÿìè íà-
ìàãíè÷åííîãî êîáàëüòà, âûïîëíÿþòñÿ â ïëåíêàõ ñ òîë-
ùèíàìè d Cu(111), áëèçêèìè ê 9 è 18 � [20]. Òàê êàê
êîñâåííàÿ îáìåííàÿ ñâÿçü ìåæäó ìàãíèòíûìè ñëîÿìè â
ìíîãîñëîéíûõ ñòðóêòóðàõ ñâÿçàíà ñ îáðàçîâàíèåì
ñïèí-ïîëÿðèçîâàííûõ ðåçîíàíñíûõ ýëåêòðîííûõ ñî-
ñòîÿíèé [20], òî íàáëþäàþùååñÿ óâåëè÷åíèå ìàãíèòî-
îïòè÷åñêèõ ýôôåêòîâ ïðè ýòèõ æå òîëùèíàõ ìåäíûõ
ñëîåâ ñâèäåòåëüñòâóåò â ïîëüçó ïðåäïîëîæåíèÿ î òîì,
÷òî âñïëåñêè íà çàâèñèìîñòÿõ �( )d Cu è d d /dH�( )Cu
ïðÿìî èëè êîñâåííî ñâÿçàíû ñ îáðàçîâàíèåì ðåçîíàíñ-
íûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé â ñëîÿõ ìåäè. Îáðàçîâà-
íèå ðåçîíàíñíîãî ýíåðãåòè÷åñêîãî óðîâíÿ êâàíòîâîé
ÿìû ñ ýíåðãèåé, ðàâíîé ýíåðãèè Ôåðìè ïðè ýòèõ òîë-
ùèíàõ ìåäíûõ ñëîåâ, ìîæåò ïðèâåñòè ê âñïëåñêó îïòè-
÷åñêèõ è ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ïëåíêè âáëèçè
êðàÿ çîí-çîííîãî ïîãëîùåíèÿ.
 [17] îñöèëëèðóþùåå ïîâåäåíèå óãëà ñïîíòàííîãî
ïîëÿðíîãî ýôôåêòà Êåððà ïðè óâåëè÷åíèè òîëùèíû íå-
ìàãíèòíîãî ñëîÿ ìåòàëëà íàáëþäàëîñü â äâóõñëîéíûõ
ïëåíêàõ Au/Co ñ êëèíîâèäíûì âåðõíèì ñëîåì Au.
Íåìîíîòîííûå èçìåíåíèÿ ÝÊ îáúÿñíÿëèñü èçìåíåíèÿ-
ìè êîìïîíåíò òåíçîðà îïòè÷åñêîé ïðîâîäèìîñòè, îáó-
ñëîâëåíûìè îáðàçîâàíèåì íîâûõ ðåçîíàíñíûõ ñîñòîÿ-
íèé ñïèí-ïîëÿðèçîâàííûõ ýëåêòðîíîâ â ñëîå Au,
êîòîðûé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé êâàíòîâóþ ÿìó èç-çà îãðà-
íè÷åíèÿ ñëîÿ çîëîòà ãðàíèöåé ñ Co è âàêóóìîì. Îáðàçî-
âàíèå êâàíòîâîìåõàíè÷åñêèõ ðåçîíàíñíûõ ýëåêòðîííûõ
ñîñòîÿíèé â íàíîñëîÿõ íîðìàëüíûõ ìåòàëëîâ Ag, Au,
Cu, íàíåñåííûõ íà ìàãíèòíûé ìåòàëë, áûëî ïîä-
òâåðæäåíî ìåòîäàìè ýëåêòðîííîé ôîòîýìèññèè [29].
Ïîäîáíûå îñöèëëÿöèè ýôôåêòà Êåððà ïðè èçìåíåíèè
òîëùèíû ÍÌ ñëîÿ, à òàêæå ïðè èçìåíåíèè ýíåðãèè
êâàíòà ñâåòà, ñâÿçàííûå ñ ýôôåêòîì ïðîñòðàíñòâåííîãî
êâàíòîâàíèÿ äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ, íàáëþäàëèñü è â äðó-
ãèõ äâóõñëîéíûõ ïëåíêàõ òèïà ÍÌ–êëèí/ÔÌ è òðåõñëîé-
íûõ ïëåíêàõ Au/Co–êëèí/Au [12], Au/Cr–êëèí/Fe [13],
Fe/Au–êëèí/Fe, Fe/Ag–êëèí/Fe [14]. Îäíàêî íàáëþ-
äàâøååñÿ óâåëè÷åíèå ýôôåêòîâ, ñâÿçàííîå ñ ïðÿìûì âëèÿ-
íèåì ýôôåêòà ïðîñòðàíñòâåííîãî êâàíòîâàíèÿ, äàæå â âû-
ñîêîêà÷åñòâåííûõ ïëåíêàõ è ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ íå
ïðåâûøàëî äåñÿòè ïðîöåíòîâ. Íåò ïðè÷èí îæèäàòü, ÷òî
ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå â ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ
Co/Cu ýòîò ìåõàíèçì îêàæåòñÿ íà ïîðÿäêè áîëåå ýô-
ôåêòèâíûì.
4. Íàèáîëüøèõ îòëè÷èé ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé
â ïëåíêå îò ñîñòîÿíèé ìàññèâíîãî ìåòàëëà ñëåäóåò
îæèäàòü âáëèçè ãðàíèö ðàçäåëà ñëîåâ. Ãèáðèäèçà-
öèÿ sp-çîíû ìåäè ñ d-çîíîé êîáàëüòà è îáðàçîâàíèå
ðåçîíàíñíûõ ñîñòîÿíèé êâàíòîâîé ÿìû ïðè îòðàæå-
íèè ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè îò ãðàíèö ñ Co ìîãóò
ïðèâåñòè ê äîïîëíèòåëüíîìó óâåëè÷åíèþ ïëîòíîñ-
òè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé íà óðîâíå Ôåðìè â èí-
òåðôåéñå è ê âîçðàñòàíèþ ïàðàìàãíèòíîé âîñïðè-
èì÷èâîñòè � St ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè ìåäè â
îáëàñòè èíòåðôåéñà ïî îòíîøåíèþ ê ïàðàìàãíèò-
íîé âîñïðèèì÷èâîñòè Ïàóëè îáúåìíîãî ìåòàëëà � P
áëàãîäàðÿ ìåõàíèçìó Ñòîíåðà. Êàê èçâåñòíî [30],
èçìåíåíèå âîñïðèèì÷èâîñòè â ýòîì ñëó÷àå ìîæíî
îïèñàòü âûðàæåíèåì
1310 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11
È.Í. Ëóêèåíêî, Í.Ô. Õàð÷åíêî, Â.Â. Çîð÷åíêî, À.Í. Ñòåöåíêî
�
�
St
P FJN
�
1
1
, (4)
ãäå J — âåëè÷èíà âíóòðèàòîìíîé îáìåííîé ñâÿçè, N F
— ýëåêòðîííàÿ ïëîòíîñòü íà óðîâíå Ôåðìè è â ðàñ-
ñìàòðèâàåìîì ñëó÷àå � �St � if — âîñïðèèì÷èâîñòü
èíòåðôåéñà. Åñëè ñâÿçàòü óâåëè÷åíèå ìàãíèòîîïòè-
÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè â ïëåíêå Co/Cu(111)
(d Cu = 18 �) ñ óâåëè÷åíèåì ýëåêòðîííîé ïàðàìàãíèò-
íîé âîñïðèèì÷èâîñòè â èíòåðôåéñå, òî íóæíî, ÷òîáû
ïëîòíîñòü ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé íà óðîâíå Ôåðìè
N F â èíòåðôåéñå óâåëè÷èëàñü íà ïîðÿäîê. Âåëè÷èíó
âíóòðèàòîìíîé îáìåííîé ñâÿçè J ìîæíî ñ÷èòàòü íå
èçìåíÿþùåéñÿ ïðè ãèáðèäèçàöèè, òàê êàê J Co è J Cu
áëèçêè ìåæäó ñîáîé [30].
Ïðè ãèáðèäèçàöèè ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé åñòåñò-
âåííî îæèäàòü òàêæå ñèëüíûõ èçìåíåíèé îïòè÷åñêèõ è
ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ êîíñòàíò èíòåðôåéñà, ñâÿçàííûõ ñ
èçìåíåíèÿìè åãî ýíåðãåòè÷åñêîé çîííîé ñòðóêòóðû.
Âûïîëíåííûå ðàñ÷åòû ìàãíèòîîïòè÷åñêèõ ñâîéñòâ
ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê ÔÌ/ÍÌ ñ ó÷åòîì ãèáðèäèçàöèè
ýëåêòðîíîâ íà ãðàíèöàõ ðàçäåëà ïîêàçàëè, ÷òî ñïîíòàí-
íûå ìàãíèòîîïòè÷åñêèå ýôôåêòû ýòèõ ïëåíîê ñèëüíî
çàâèñÿò îò ñîñòîÿíèÿ èíòåðôåéñíîãî ñëîÿ [31] è, â ÷àñ-
òíîñòè, îò åãî øåðîõîâàòîñòè [32].
Ñòðóêòóðà èíòåðôåéñà, åãî øåðîõîâàòîñòü âëèÿåò íà
ïðîñòðàíñòâåííîå êâàíòîâàíèå äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ
[33].  ñâîþ î÷åðåäü, ïðåäñòàâëÿåòñÿ åñòåñòâåííûì îæè-
äàòü, ÷òî â ïðîöåññå ðîñòà ñëîåâ íà ôîðìèðîâàíèå ñàìîé
ñòðóêòóðû èíòåðôåéñà, êðîìå óñëîâèé êîíäåíñàöèè, îêà-
çûâàåò âëèÿíèå è êâàíòîâûé ðàçìåðíûé ýôôåêò â ñëîÿõ
ìåäè. Îá ýòîì ãîâîðÿò ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå î ïå-
ðèîäè÷åñêîé çàâèñèìîñòè ïëîñêîñòíîé ìàãíèòíîé àíè-
çîòðîïèè â ïëåíêàõ Co/Cu, îïðåäåëÿåìîé ñòðóêòóðîé
ãðàíèöû ðàçäåëà ñëîåâ Co/Cu, îò òîëùèíû ìåäíîãî ñëîÿ
[34,35].
5. Íà íàø âçãëÿä, ñðåäè ïðè÷èí íàáëþäàþùåãîñÿ
óâåëè÷åíèÿ ìàãíèòîîïòè÷åñêîãî ýôôåêòà çàñëóæèâàåò
âíèìàíèÿ è âîçìîæíàÿ ðîëü ïîâåðõíîñòíûõ ïëàçìîí-
íûõ ïîëÿðèòîííûõ âîçáóæäåíèé, êîòîðûå ìîãóò âîçíè-
êàòü ïðè îïðåäåëåííûõ óñëîâèÿõ íà ãðàíèöå Co/Cu.
Òåîðåòè÷åñêîå ðàññìîòðåíèå âëèÿíèÿ èíòåðôåéñíûõ
ïîëÿðèòîíîâ íà ïîëÿðíûé ýôôåêò Êåððà â ìíîãîñëîé-
íûõ ñèñòåìàõ Co/Cu [36] ïîêàçàëî âîçìîæíîñòü ïðè
îïðåäåëåííûõ óãëàõ ïàäåíèÿ ñâåòà çíà÷èòåëüíîãî óñè-
ëåíèÿ ìàãíèòîîïòè÷åñêîãî ýôôåêòà. Åñòåñòâåííî, âê-
ëàä ýòîãî ìåõàíèçìà äîëæåí çàâèñåòü îò ñòðóêòóðû èí-
òåðôåéñà.
5. Çàêëþ÷åíèå
Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ïðåäïîëîæèòü, ÷òî íàáëþäàå-
ìîå óâåëè÷åíèå ìàãíèòîîïòè÷åñêîé âîñïðèèì÷èâîñòè
ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê Co/Cu(111) ïðè òîëùèíàõ ìåä-
íûõ ñëîåâ, îáåñïå÷èâàþùèõ ýêñòðåìàëüíóþ îáìåííóþ
ñâÿçü ìåæäó ôåððîìàãíèòíûìè ñëîÿìè êîáàëüòà, ñâÿçà-
íî ñ íàëè÷èåì ñóùåñòâåííîãî âêëàäà èíòåðôåéñà â
ìàãíèòîîïòè÷åñêèå ýôôåêòû è îáóñëîâëåíî ïàðàìàãíå-
òèçìîì ýëåêòðîíîâ ïðîâîäèìîñòè â èíòåðôåéñíûõ ñëî-
ÿõ, óâåëè÷åííûì áëàãîäàðÿ ãèáðèäèçàöèè ýëåêòðîííûõ
sp- è d-çîí ìåäè è êîáàëüòà. Ýôôåêò äîëæåí áûòü ÷óâ-
ñòâèòåëüíûì ê àòîìíîé ñòðóêòóðå ãðàíèö ðàçäåëà ñëîåâ
è ýëåêòðîííîìó ïðîñòðàíñòâåííîìó êâàíòîâàíèþ â ñëî-
ÿõ ìåäè. Ýòà ÷óâñòâèòåëüíîñòü è ìîæåò îïðåäåëÿòü ïå-
ðèîäè÷íîñòü íàáëþäàåìûõ âñïëåñêîâ ìàãíèòîîïòè÷åñ-
êîé âîñïðèèì÷èâîñòè. Âîçìîæíî, ÷òî îáðàçóþùàÿñÿ â
ïðîöåññå ðîñòà ñëîåâ ñòðóêòóðà èíòåðôåéñà òàêæå çàâè-
ñèò îò ïðîñòðàíñòâåííîãî êâàíòîâàíèÿ ïîïåðå÷íîãî
äâèæåíèÿ ýëåêòðîíîâ â ñëîÿõ ìåäè, ÷òî ìîæåò óñèëè-
âàòü ýôôåêò.
Ðàáîòà ÷àñòè÷íî ïîääåðæàíà Íàöèîíàëüíîé àêàäåìè-
åé íàóê Óêðàèíû â ðàìêàõ ïðîãðàììû «Íàíîñòðóêòóðíûå
ñèñòåìû, íàíîìàòåðèàëû, òåõíîëîãèè» (äîãîâîðû
¹41/06-Í è ¹1/07-Í).
1. F.J. Himpsel, J.E. Ortega, G.J. Mankey, and R.F. Willis,
Adv. Phys. 47, 511 (1998).
2. S.S.P. Parkin, Z.G. Li, and D.J. Smith, Appl. Phys. Lett.
58, 2710 (1991); S.S.P. Parkin, X. Jiang, C. Kaiser, A.
Panchula, K. Roche, and M. Samant, Proc. IEEE 91, 661
(2003).
3. E. Hirota, H. Sakakima, and K. Inomata, Giant Magneto-
Resistance Devices, Springer, Berlin (2002).
4. S. Wolf and D. Treger, IEEE Trans. Magn. 36, 2748 (2000).
5. J. Shen and J. Kirschner, Surf. Sñi. 500, 300 (2002).
6. S. Urazhdin, M.O. Birge, W.P. Pratt, and J. Bass, Phys.
Rev. Lett. 91, 46803 (1993).
7. S.S.P. Parkin, R. Bhadra, and K.P. Roche, Phys. Rev.
Lett. 66, 2152 (1991); W.F. Jr. Egelhoff and M.T. Kief,
Phys. Rev. B45, 7795 (1992).
8. Nonlinear Optics in Metals, K.H. Bennemann (ed.), Cla-
rendon Press, Oxford (1998); A. Kirilyuk, J. Phys. 35,
R189 (2002).
9. W.R. Bennett, W. Schwarzacher, and W.F. Jr. Egelhoff,
Phys. Rev. Lett. 65, 3169 (1990).
10. Y.B. Xu, Q.Y. Jin, Y. Zhai, Y.Z. Miao, M. Lu, and H.R.
Zhai, J. Magn. Magn. Mater. 126, 541 (1993).
11. J. Mistrik, R. Krishnan, S. Visnovsky, N. Keller, A. Bion-
do, Franca de Soaza, A.A. Mello, and E.M. Baggio-Saito-
vich, J. Magn. Magn. Mater. 240, 523 (2002).
12. S. Visnovsky, M. Nyvlt, V. Prosser, J. Ferre, G. Penis-
sard, D. Renard, and G. Sczigel, J. Magn. Magn. Mater.
128, 179 (1993).
13. Y. Suzuki, T. Katayama, W. Geerts, P. Grunberg, K. Taka-
nashi, R. Schreiber, P. Bruno, and S. Yuasa, Mat. Res. Soc.
Symp. Proc. 475, 227 (1997).
14. T. Katayama, Y. Suzuki, M. Hayashi, and A. Thiaville, J.
Magn. Magn. Mater. 126, 527 (1993).
15. Y. Suzuki, T. Katayama, S. Yoshida, K. Tanaka, and K.
Sato, Phys. Rev. Lett. 68, 3355 (1992).
16. Y. Suzuki, T. Katayama, P. Bruno, S. Yuasa, and E. Ta-
mura, Phys. Rev. Lett. 80, 5200 (1998).
Èíäóöèðîâàííîå ìàãíèòíûì ïîëåì óâåëè÷åíèå ïðîäîëüíîãî ýôôåêòà Êåððà â ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ Co/Cu(111)
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11 1311
17. R. Megy, A. Bounouh, Y. Suzuki, P. Beauvillain, P. Bru-
no, C. Chappert, B. Lecuyer, and P. Veillet, Phys. Rev.
B51, 5586 (1995).
18. A. Carl and D. Weller, Phys. Rev. Lett. 74, 190 (1995).
19. Â.Â. Çîð÷åíêî, À.Í. Ñòåöåíêî, A.Ã. Àíäåðñ, Ê.Â. Êóòü-
êî, ÔÍÒ 31, 665 (2005).
20. J.E. Ortega, F.J. Himpsel, G.J. Mankey, and R.F. Willis,
Phys. Rev. B47, 1540 (1993); P. Bruno, Phys. Rev. B52, 411
(1995); P. Bruno, J. Phys.: Condens. Matter 11, 9403
(1999); Z.Q. Qiu and N.V. Smith, J. Phys.: Condens. Matter
14, R169 (2002); M.D. Stiles, J. Magn. Magn. Mater. 200,
322 (1999); M.D. Stiles, in: Nanomagnetism: Ultrathin
Films, Multilayers, and Nanostructures, D. Mills and J.A.C.
Bland (eds.), N.Y., Elsevier (2006), v. 1, p. 51.
21. A. Schreyer, K. Brohl, J.F. Ankner, C.F. Majkrzak, Th.
Zeidler, P. Bodeker, N. Moteki, and H. Zabel, Phys. Rev.
B47, 15334 (1993).
22. D.B. Fulghum and R.E. Campley, Phys. Rev. B52, 13436
(1995); J.F. Bobo, M. Piecuch, and E. Snoeck, J. Magn.
Magn. Mater. 126, 440 (1993); J.F. Bobo, H. Kikuchi, O.
Redon, E. Snoeck, M. Piecuch, and R.L. White, Phys. Rev.
B60, 4131 (1999); C.G. Zimmermann, M. Yeadon, K. Nor-
dlund, J.M. Gibson1, and R.S. Averback, Phys. Rev. Lett.
83, 1163 (1999).
23. Ë.À. ×åáîòêåâè÷, À.Â. Îãíåâ, Á.Í. Ãðóäèí, ÔÒÒ 46,
1449 (2004); Z.S. Shan, S. Nafis, J. Woollam, S.H. Liou,
and D.J. Sellmyer, J. Appl. Phys. 73, 6347 (1993).
24. P. Renard, P. Velu, C. Marliere, and D. Renard, J. Magn.
Magn. Mater. 115, L147 (1992).
25. À.Ñ. Ñàìàðäàê, Ï.Â. Õàðèòîíñêèé, Þ.Ä. Âîðîáüåâ, Ë.À.
×åáîòêåâè÷, ÔÌÌ 98, 27 (2004).
26. Z.S. Shan, S. Nafis, J. Woollam, S.H. Liou, and D.J. Sel-
lmyer, J. Appl. Phys. 73, 6347 (1993).
27. S.E. Schnatterly, Phys. Rev. 183, 664 (1969).
28. J.F. Janak, A.R. Williams, and V.L. Moruzzi, Phys. Rev.
B11, 1522 (1974).
29. J.E. Ortega, F.J. Himpsel, G.H. Mankey, and R.F. Willis,
Phys. Rev. B47, 1540 (1993).
30. J.F. Janak, Phys. Rev. B16, 255 (1977).
31. S. Visnovsk�, R. Lopusn�k, M. N�vlt, V. Prosser, J. Ferr�,
C. Train, P. Beauvillain, D. Renard, R. Krishnan, and J.A.C.
Bland, Czech. J. Phys. 50, 857 (2000); V.N. Antonov, L.
Uba, S. Uba, A.N. Yaresko, A.Ya. Perlov, and V.V. Nemo-
shkalenko, ÔÍÒ 27, 579 (2001).
32. R. Urban, M. Nyvlt, S. Visnovsky, J. Ferre, D. Renard,
M. Galtier, and P. Beauvillain, J. Magn. Soc. Jpn. 22, 197
(1998).
33. P. Czoshke, H. Hong, L. Basile, and T.-C. Chiang, Phys.
Rev. Lett. 91, 226801 (2003); J. Camarero, L. Spendeler,
G. Schmidt, K. Heinz, J.J. de Miguel, and R. Miranda,
Phys. Rev. Lett. 73, 2448 (1994); P. Czoshke, H. Hong, L.
Basile, and T.C. Chiang, Phys. Rev. B72, 075402 (2005).
34. W. Weber, A. Bischof, and R. Allenspach. Phys. Rev.
Lett. 76, 3424 (1996).
35. M.E. Buckley, F.O. Schumann, and J.A.C. Bland, J. Phys.:
Condens. Matter 8, L147 (1996).
36. Â.À. Êîñîáóêèí, ÔÒÒ 38, 3461 (1996).
Magnetic field-induced enhancement of
longitudinal Kerr effect in Co/Cu(111) multilayer
films
I.N. Lukienko, N.F. Kharchenko, V.V. Zorchenko,
and A.N. Stetsenko
The study into the behavior of longitudinal
magneto-optical Kerr effect in the Co/Cu(111) mu-
ltilayer films prepared by the magnetron sputtering
method displayed its multiple field-induced enhan-
cement at certain Cu layer thicknesses providing an
extreme exchange coupling between the Co layers.
It is supposed that this phenomenon results from a
considerable contribution of the Co/Cu interfaces
to the magneto-optical effect and is caused by the
paramagnetism of conductivity electrons in the
Co/Cu interfaces, enhanced by the hybridization of
electron sp and d bands of copper and cobalt. The
periodicity of the magneto-optical susceptibility
enhancement is supposed to be due to the hybrid-
ization sensitivity to the quantum size effect in the
Cu layers.
PACS: 75.70.–i Magnetic multilayers;
78.20.Ls Magneto-optical effects;
75.75.–n Optical properties of nanostruc-
tures.
Keywords: magneto-optical Kerr effect, magnetic
multilayer, enhancement of magneto-optical effects,
Co/Cu.
1312 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 11
È.Í. Ëóêèåíêî, Í.Ô. Õàð÷åíêî, Â.Â. Çîð÷åíêî, À.Í. Ñòåöåíêî
|