Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb
Проведены температурные и полевые исследования магнитных свойств многослойных пленок, образованных из последовательности чередующихся магнитных слоев железа и редкоземельного тербия, разделенных слоями немагнитного золота. Образцы получены электронно-лучевым осаждением. Для выяснения особенностей од...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика низких температур |
|---|---|
| Datum: | 2007 |
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
2007
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127751 |
| 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: | Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb / В.М. Калита, А.Ф. Лозенко, С.М. Рябченко, П.А. Троценко, Е.В. Шипиль, А.Н. Погорелый // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 4. — С. 446-454. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859686280596553728 |
|---|---|
| author | Калита, В.М. Лозенко, А.Ф. Рябченко, С.М. Троценко, П.А. Шипиль, Е.В. Погорелый, А.Н. |
| author_facet | Калита, В.М. Лозенко, А.Ф. Рябченко, С.М. Троценко, П.А. Шипиль, Е.В. Погорелый, А.Н. |
| citation_txt | Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb / В.М. Калита, А.Ф. Лозенко, С.М. Рябченко, П.А. Троценко, Е.В. Шипиль, А.Н. Погорелый // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 4. — С. 446-454. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика низких температур |
| description | Проведены температурные и полевые исследования магнитных свойств многослойных пленок, образованных из последовательности чередующихся магнитных слоев железа и редкоземельного тербия, разделенных слоями немагнитного золота. Образцы получены электронно-лучевым осаждением. Для выяснения особенностей одноосной анизотропии проведен анализ
полевой зависимости магнитного момента пленки при H||n. Показано, что неоднородная одноосная анизотропия приводит к нелинейности в намагничивании пленки в H||n. Проведено описание процесса намагничивания пленки в H⊥n, когда переход к однодоменному состоянию происходит только за счет движения доменных стенок. По данным полевых зависимостей магнитного
момента при низких температурах показано, что магнитные моменты слоев Fe и Tb ориентируются взаимно противоположно. В температурной зависимости намагниченности наблюдается точка
компенсации, что указывает на наличие антиферромагнитной связи между Fe и Tb слоями.
Проведено температурні і польові дослідження магнітних властивостей багатошарових
плівок, які утворені із послідовності магнітних шарів заліза та рідкісноземельного тербію, що
розділені шарами немагнітного золота. Зразки отримано електронно-променевим осадженням.
З метою з’ясування особливостей одноосьової анізотропії проведено аналіз польової залежності магнітного моменту плівки при H||n. Показано, що неоднорідна одновісна анізотропія
призводить до нелінійності намагнічування плівки в H||n. Проведено опис процесу намагнічування плівки в H⊥n, коли перехід до однодоменного стану здійснюється тільки за рахунок
руху доменних стінок. За даними польових залежностей магнітного моменту при низьких температурах показано, що магнітні моменти шарів Fe та Tb орієнтовані взаємно протилежно. У
температурній залежності намагніченості спостерігається точка компенсації, що вказує на наявність антиферомагнітного зв’язку між Fe та Tb шарами.
Temperature and magnetic field measurements
of magnetic properties of multilayer films
consisting of a sequence of alternating Fe and Tb
layers separated by non-magnetic gold layers are
carried out. The samples were prepared by the
electron-beam evaporation technique. In order to
elucidate the peculiarities of uniaxial anisotropy,
the field dependence of film magnetic moment at
H||n is analyzed. It is shown that the inhomogeneous
uniaxial anisotropy results in a nonlinear
magnetization at H||n. The film magnetization
process is described when H⊥n, and transition to
a single-domain state is caused only by the domain
wall movement. The data on magnetic field
dependences of magnetic moment at low temperatures
indicate that the magnetic moments of Fe
and Tb layers have mutually opposite orientations.
The temperature dependence of magnetization
exhibits a compensation point, suggesting
the existence of antiferromagnetic coupling between
Fe and Tb layers.
|
| first_indexed | 2025-11-30T22:41:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4, ñ. 446–454
Îñîáåííîñòè ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ
ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê Fe/Au/Tb
Â.Ì. Êàëèòà, À.Ô. Ëîçåíêî, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, Ï.À. Òðîöåíêî
Èíñòèòóò ôèçèêè ÍÀÍ Óêðàèíû, ïð. Íàóêè, 46, 03650, ÌÑÏ, ã. Êèåâ, 28, Óêðàèíà
E-mail: lozen@iop.kiev.ua
Å.Â. Øèïèëü, À.Í. Ïîãîðåëûé
Èíñòèòóò ìàãíåòèçìà ÍÀÍÓ è ÌÎÍ Óêðàèíû
áóëüâ. Àêàä. Âåðíàäñêîãî, 36-á, 03680, ÃÑÏ, ã. Êèåâ, 142, Óêðàèíà
Ñòàòüÿ ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 31 ìàÿ 2006 ã., ïîñëå ïåðåðàáîòêè 7 àâãóñòà 2006 ã.
Ïðîâåäåíû òåìïåðàòóðíûå è ïîëåâûå èññëåäîâàíèÿ ìàãíèòíûõ ñâîéñòâ ìíîãîñëîéíûõ ïëå-
íîê, îáðàçîâàííûõ èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ÷åðåäóþùèõñÿ ìàãíèòíûõ ñëîåâ æåëåçà è ðåäêîçå-
ìåëüíîãî òåðáèÿ, ðàçäåëåííûõ ñëîÿìè íåìàãíèòíîãî çîëîòà. Îáðàçöû ïîëó÷åíû ýëåêòðîí-
íî-ëó÷åâûì îñàæäåíèåì. Äëÿ âûÿñíåíèÿ îñîáåííîñòåé îäíîîñíîé àíèçîòðîïèè ïðîâåäåí àíàëèç
ïîëåâîé çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ïëåíêè ïðè H||n. Ïîêàçàíî, ÷òî íåîäíîðîäíàÿ îäíîîñ-
íàÿ àíèçîòðîïèÿ ïðèâîäèò ê íåëèíåéíîñòè â íàìàãíè÷èâàíèè ïëåíêè â H||n. Ïðîâåäåíî îïèñà-
íèå ïðîöåññà íàìàãíè÷èâàíèÿ ïëåíêè â H�n, êîãäà ïåðåõîä ê îäíîäîìåííîìó ñîñòîÿíèþ ïðîèñ-
õîäèò òîëüêî çà ñ÷åò äâèæåíèÿ äîìåííûõ ñòåíîê. Ïî äàííûì ïîëåâûõ çàâèñèìîñòåé ìàãíèòíîãî
ìîìåíòà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòóðàõ ïîêàçàíî, ÷òî ìàãíèòíûå ìîìåíòû ñëîåâ Fe è Tb îðèåíòèðóþò-
ñÿ âçàèìíî ïðîòèâîïîëîæíî.  òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷åííîñòè íàáëþäàåòñÿ òî÷êà
êîìïåíñàöèè, ÷òî óêàçûâàåò íà íàëè÷èå àíòèôåððîìàãíèòíîé ñâÿçè ìåæäó Fe è Tb ñëîÿìè.
Ïðîâåäåíî òåìïåðàòóðí³ ³ ïîëüîâ³ äîñë³äæåííÿ ìàãí³òíèõ âëàñòèâîñòåé áàãàòîøàðîâèõ
ïë³âîê, ÿê³ óòâîðåí³ ³ç ïîñë³äîâíîñò³ ìàãí³òíèõ øàð³â çàë³çà òà ð³äê³ñíîçåìåëüíîãî òåðá³þ, ùî
ðîçä³ëåí³ øàðàìè íåìàãí³òíîãî çîëîòà. Çðàçêè îòðèìàíî åëåêòðîííî-ïðîìåíåâèì îñàäæåííÿì.
Ç ìåòîþ ç’ÿñóâàííÿ îñîáëèâîñòåé îäíîîñüîâî¿ àí³çîòðîﳿ ïðîâåäåíî àíàë³ç ïîëüîâî¿ çàëåæ-
íîñò³ ìàãí³òíîãî ìîìåíòó ïë³âêè ïðè H||n. Ïîêàçàíî, ùî íåîäíîð³äíà îäíîâ³ñíà àí³çîòðîï³ÿ
ïðèçâîäèòü äî íåë³í³éíîñò³ íàìàãí³÷óâàííÿ ïë³âêè â H||n. Ïðîâåäåíî îïèñ ïðîöåñó íàìàãí³÷ó-
âàííÿ ïë³âêè â H�n, êîëè ïåðåõ³ä äî îäíîäîìåííîãî ñòàíó çä³éñíþºòüñÿ ò³ëüêè çà ðàõóíîê
ðóõó äîìåííèõ ñò³íîê. Çà äàíèìè ïîëüîâèõ çàëåæíîñòåé ìàãí³òíîãî ìîìåíòó ïðè íèçüêèõ òåì-
ïåðàòóðàõ ïîêàçàíî, ùî ìàãí³òí³ ìîìåíòè øàð³â Fe òà Tb îð³ºíòîâàí³ âçàºìíî ïðîòèëåæíî. Ó
òåìïåðàòóðí³é çàëåæíîñò³ íàìàãí³÷åíîñò³ ñïîñòåð³ãàºòüñÿ òî÷êà êîìïåíñàö³¿, ùî âêàçóº íà íà-
ÿâí³ñòü àíòèôåðîìàãí³òíîãî çâ’ÿçêó ì³æ Fe òà Tb øàðàìè.
PACS: 75.50.Bb Fe è åãî ñïëàâû;
75.50.Cc Äðóãèå ôåððîìàãíèòíûå ìåòàëëû è ñïëàâû;
75.75.+a Ìàãíèòíûå ñâîéñòâà íàíîñòðóêòóð;
75.60.–d Âëèÿíèå äîìåíîâ, êðèâûå íàìàãíè÷èâàíèÿ è ãèñòåðåçèñ.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: ìíîãîñëîéíûå ïëåíêè, ìàãíèòíîå óïîðÿäî÷åíèå, ìåæñëîéíîå âçàèìîäåéñòâèå.
1. Ââåäåíèå
Èññëåäîâàíèÿ òîíêèõ ïëåíîê, ñîñòîÿùèõ èç ñëî-
åâ ñ òîëùèíàìè â äåñÿòêè �, ñôîðìèðîâàííûõ èç
ðàçíûõ ìåòàëëîâ ñ ìàãíèòíûìè àòîìàìè, èìåþùè-
ìè íåíóëåâûå ìàãíèòíûå ìîìåíòû, ïðåäñòàâëÿþò
çíà÷èòåëüíûé èíòåðåñ. Òàêèå ïëåíêè îáëàäàþò ìàã-
íèòíûìè ñâîéñòâàìè, íå õàðàêòåðíûìè äëÿ îáúåì-
íûõ ìàãíåòèêîâ. Íàïðèìåð, â ðàáîòàõ [1,2] ïîêàçà-
íî, ÷òî â ïëåíêå ñî ñëîÿìè æåëåçà è òåðáèÿ,
© Â.Ì. Êàëèòà, À.Ô. Ëîçåíêî, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, Ï.À. Òðîöåíêî, Å.Â. Øèïèëü, À.Í. Ïîãîðåëûé, 2007
ðàçäåëåííûìè ñëîÿìè íåìàãíèòíîãî ìåòàëëà (çîëî-
òî, ìåäü), ïðîèñõîäèò îáðàçîâàíèå ñïåöèôè÷åñêîé
«ôåððèìàãíèòíîé» ñòðóêòóðû, â êîòîðîé ìàãíèò-
íûå ìîìåíòû ñîñåäíèõ ôåððîìàãíèòíûõ ñëîåâ æå-
ëåçà è òåðáèÿ îðèåíòèðîâàíû äðóã ïðîòèâ äðóãà.
Ìåæñëîéíûé «ôåððèìàãíåòèçì» â ìíîãîñëîéíîé
ïëåíêå ñî ñëîÿìè ìàãíèòíûõ ìåòàëëîâ, ðàçäåëåí-
íûõ ñëîÿìè íåìàãíèòíîãî ìåòàëëà, ÿâëÿåòñÿ ðåçóëü-
òàòîì óñðåäíåíèÿ ìåæñïèíîâûõ âçàèìîäåéñòâèé
ìàãíèòíûõ èîíîâ èç ðàçíûõ ñëîåâ. Ïðè ýòîì ìåæ-
ñëîéíîå âçàèìîäåéñòâèå, âåäóùåå ê «ôåððèìàãíèò-
íîìó» ìåæñëîéíîìó ïîðÿäêó, ìíîãî ìåíüøå âçàè-
ìîäåéñòâèé ìåæäó ìàãíèòíûìè èîíàìè âíóòðè
ñëîåâ [3]. Ïîýòîìó óñðåäíåííûå ïî ñëîþ âçàèìîäåé-
ñòâèÿ åãî èîíîâ ñ èîíàìè ñîñåäíèõ ñëîåâ â òàêèõ
ïëåíêàõ îêàçûâàþò îðèåíòàöèîííîå äåéñòâèå íà ìàã-
íèòíûé ìîìåíò ñëîÿ, êàê öåëîãî.
Âçàèìîäåéñòâèå ñîñåäíèõ ìàãíèòíûõ ñëîåâ, âåäó-
ùåå ê «ôåððèìàãíèòíîé» âçàèìíîé îðèåíòàöèè èõ
ìîìåíòîâ, ìîæåò áûòü äèïîëü-äèïîëüíûì ìåæäó
ôåððîìàãíèòíî óïîðÿäî÷åííûìè ñëîÿìè, ïîñêîëü-
êó ñïèíû èîíîâ êàæäîãî èç ñëîåâ íàõîäÿòñÿ â äè-
ïîëüíîì ïîëå ñîñåäíèõ ìàãíèòíûõ ñëîåâ. Ê «ôåð-
ðèìàãíåòèçìó» ìåæñëîåâûõ âçàèìîäåéñòâèé ìîãóò
òàêæå ïðèâåñòè îáìåííûå âçàèìîäåéñòâèÿ èîíîâ ìå-
òàëëà èç îäíîãî ìàãíèòíîãî ñëîÿ ñî ñ÷åòíûì ÷èñëîì
èîíîâ èç äðóãîãî ìàãíèòíîãî ñëîÿ. Ýòè êîñâåííûå
îáìåííûå âçàèìîäåéñòâèÿ îñóùåñòâëÿþòñÿ ÷åðåç
âçàèìîäåéñòâèå ëîêàëèçîâàííûõ ñïèíîâ êàæäîãî èç
ñëîåâ ñ îáùèìè äëÿ îáîèõ ñëîåâ ýëåêòðîíàìè ïðîâî-
äèìîñòè, ïîýòîìó èíòåíñèâíîñòü «ìåæñëîåâîãî» àí-
òèôåððîìàãíèòíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ çàâèñèò îò òîë-
ùèí ñëîåâ, à òàêæå îò äëèíû ñâîáîäíîãî ïðîáåãà
ýëåêòðîíîâ.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå ðàññìàòðèâàþòñÿ ìàãíèòíûå
ñâîéñòâà ïëåíêè, ñîñòîÿùåé èç ïîñëåäîâàòåëüíîñòè
÷åðåäóþùèõñÿ ìàãíèòíûõ ñëîåâ ðàçíûõ ìàãíèòíûõ
ìàòåðèàëîâ 3d è ðåäêîçåìåëüíîãî, à èìåííî, æåëåçà
è òåðáèÿ, ðàçäåëåííûõ ñëîÿìè íåìàãíèòíîãî ìåòàë-
ëà, çîëîòà. Ïðåäâàðèòåëüíî ìàãíèòíûå ñâîéñòâà
ýòîé ïëåíêè îáñóæäàëèñü íàìè â ðàáîòå [4]. Çäåñü
ìû ïðîâîäèì áîëåå ïîëíîå îáñóæäåíèå ýêñïåðèìåí-
òîâ è èõ àíàëèç.
Ôåððîìàãíèòíûå ìåòàëëû Fe è Tb èìåþò ñóùåñò-
âåííî ðàçíûå ñâîéñòâà [5–7]. Ó íèõ ðàçíûå êðèñòàë-
ëè÷åñêèå ñòðóêòóðû. Ðàçíûå ïî ñâîåé ñóòè è âåëè÷èíå
ìåæèîííûå îáìåííûå âçàèìîäåéñòâèÿ, ïðèâîäÿùèå â
îáîèõ êðèñòàëëàõ ê ôåððîìàãíåòèçìó. Ó Fe ýòî â çíà-
÷èòåëüíîé ìåðå èîí-èîííîå îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå,
îòíîñèòåëüíî ñëàáî âîçìóùåííîå êîñâåííûì âçàèìî-
äåéñòâèåì ÷åðåç íîñèòåëü-èîííûé (s–d)-îáìåí, â òî
âðåìÿ êàê ó Tb äîìèíèðóåò êîñâåííîå âçàèìîäåéñò-
âèå ÷åðåç íîñèòåëü-èîííûé (s–f)-îáìåí. Èíîé è ðå-
æèì ïåðåõîäà â ôåððîìàãíèòíîå ñîñòîÿíèå. Fe ôåð-
ðîìàãíèòåí ïðè T < TCFe = 1042 Ê, à ó Tb ôåððîìàã-
íèòíîé ôàçå ïðè T < TCTb = 219 Ê ïðåäøåñòâóåò
àíòèôåððîìàãíèòíàÿ ãåëèêîèäàëüíàÿ ôàçà, âîçíè-
êàþùàÿ ïðè TN = 230 Ê [6].
Òîíêèå ïëåíêè Fe äàæå ïðè òîëùèíàõ â íåñêîëü-
êî ìîíîñëîåâ ôåððîìàãíèòíû [8], è, õîòÿ òåìïåðà-
òóðà ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ â íèõ ìåíüøå ÒÑ
îáúåìíûõ êðèñòàëëîâ, îíà âñå æå ìíîãî âûøå òåì-
ïåðàòóð ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ òîíêèõ ïëåíîê
Tb, êîòîðûå òàêæå ìîãóò áûòü ôåððîìàãíèòíûìè
[9]. Ôåððîìàãíèòíîå óïîðÿäî÷åíèå òîíêèõ òåðáèå-
âûõ ñëîåâ íåòðèâèàëüíî ñ òî÷êè çðåíèÿ îñöèëëè-
ðóþùåãî ÐÊÊÈ îáìåíà, êîòîðûé, êàê óæå îòìå÷à-
ëîñü, â îñíîâíîì îïðåäåëÿåò ìåæèîííûå ñïèí-ñïèíî-
âûå âçàèìîäåéñòâèÿ â Tb [5,6]. Òðóäíî ïðåäñêàçóåìî
ïîâåäåíèå òåðáèåâîãî ñëîÿ è â ìíîãîñëîéíîé ïëåíêå,
ñî ñëîÿìè Fe è Tb, ðàçäåëåííûìè ñëîÿìè íåìàãíèò-
íîãî Au. Ìåæäó ñëîÿìè Fe è Tb â òàêîé ìíîãîñëîé-
íîé ïëåíêå ìîæåò èìåòü ìåñòî êîñâåííîå îáìåííîå
âçàèìîäåéñòâèå. Â ðàáîòå [2] óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî â
ìíîãîñëîéíûõ ïëåíêàõ ýòî îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå
ñïîñîáíî èíäóöèðîâàòü îðèåíòàöèîííûé ïîðÿäîê
ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ ñëîåâ Fe è Tb. Â òî æå âðåìÿ,
íåðîâíîñòè èíòåðôåéñîâ Fe/Au è Au/Tb ñ õàðàê-
òåðíûìè ðàçìåðàìè, ñðàâíèìûìè ñ (2kF)–1, ãäå
kF — ôåðìèåâñêèé èìïóëüñ (â äàííîì ñëó÷àå âñå
ðàâíî ÷åé — Fe, Au èëè Tb), êàçàëîñü áû, äîëæíû
âåñòè ê ñèëüíîìó ðàññåÿíèþ ýëåêòðîíîâ, óñðåäíåíèþ
ÐÊÊÈ îáìåíà ïî ñóìå îñöèëëÿöèé. Îäíîé èç çàäà÷
ýòîé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ âûÿâëåíèå ìåæñëîåâîãî îáìåí-
íîãî âçàèìîäåéñòâèÿ ïî äàííûì íàìàãíè÷èâàíèÿ
ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê Fe/Àu/Tb.
2. Ïðèãîòîâëåíèå îáðàçöîâ
Îáðàçöû ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê ïîëó÷àëè ïîñëå-
äîâàòåëüíûì ýëåêòðîííî-ëó÷åâûì îñàæäåíèåì èî-
íîâ ñîîòâåòñòâóþùèõ ìåòàëëîâ íà ñèòàëîâóþ ïîëè-
êðèñòàëëè÷åñêóþ ïîäëîæêó, òåìïåðàòóðà êîòîðîé â
ïðîöåññå íàïûëåíèÿ íå ïðåâûøàëà 40 °Ñ, â âàêóóì-
íîé ñèñòåìå ñ âàêóóìîì äî íàïûëåíèÿ íå õóæå 10–9
Òîðð. Ñêîðîñòü íàïûëåíèÿ êîíòðîëèðîâàëàñü ïüå-
çî-êâàðöåâûì êðèñòàëëè÷åñêèì ìîíèòîðîì è íå ïðå-
âûøàëà 0,5–1 �/ñåê. Ïî îêîí÷àíèè íàïûëåíèÿ
ìíîãîñëîéíûå îáðàçöû ïîêðûâàëè çàùèòíûì ñëîåì
SiO òîëùèíîé 30 �.
 íàñòîÿùåé ðàáîòå èçó÷àëè ìíîãîñëîéíûå ïëåí-
êè, îáðàçîâàííûå 14-êðàòíûì ïîâòîðåíèåì ñëîåâ
.../24 � Fe/17,5 � Au/36 � Tb/17,5 � Au/..., ãäå
öèôðû îòâå÷àþò òîëùèíàì ñëîåâ ìåòàëëîâ. Ïðè
ýòîì ïåðâûì è ïîñëåäíèì áûëè ñëîè Fe ñ ïîëîâèí-
íîé òîëùèíîé 12 �.
Îñîáåííîñòè ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê Fe/Au/Tb
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4 447
3. Ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå
âûñîêîòåìïåðàòóðíîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ ïëåíîê
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíà òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü
ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ïëåíêè, ïîëó÷åííàÿ â ìàãíèò-
íîì ïîëå, ðàâíîì 1 êÝ è îðèåíòèðîâàííîì â ïëîñêî-
ñòè ïëåíêè H�n, ãäå n — åäèíè÷íûé âåêòîð, íà-
ïðàâëåííûé ïåðïåíäèêóëÿðíî ê ïëîñêîñòè ïëåíêè.
Âèäíî, ÷òî â âûñîêîòåìïåðàòóðíîé îáëàñòè îò 250 è
äî 920 Ê (ïðè òåìïåðàòóðå � 960 Ê ïëåíêà, èñïàðÿ-
ÿñü, ðàçðóøàåòñÿ) ìàãíèòíûé ìîìåíò ïëåíêè ïðàê-
òè÷åñêè íå èçìåíÿåòñÿ.  ýòîé îáëàñòè òåìïåðàòóð
ìàãíèòíîå óïîðÿäî÷åíèå èìåþò òîëüêî ñëîè Fe,
ïðè÷åì îíè óïîðÿäî÷åíû ôåððîìàãíèòíî. Ïðè ïî-
íèæåíèè òåìïåðàòóðû, êîãäà îíà ñòàíîâèòñÿ ñóùå-
ñòâåííî íèæå 150 Ê, ïðîèñõîäèò óìåíüøåíèå ìàã-
íèòíîãî ìîìåíòà ïëåíêè, êîòîðûé ïðè Ò � 40 Ê
èñïûòûâàåò ìèíèìóì. Â îáëàñòè îò 40 Ê è äî ãåëèå-
âîé òåìïåðàòóðû ïðîèñõîäèò çíà÷èòåëüíîå âîçðàñ-
òàíèå ìàãíèòíîãî ìîìåíòà, ÷òî ñâÿçàíî ñ ïðåîáëà-
äàþùèì âêëàäîì â åå íàìàãíè÷èâàíèå çà ñ÷åò
ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ ñëîåâ Tb.
Ñíà÷àëà ðàññìîòðèì ìàãíèòíûå ñâîéñòâà ïëåíêè
â âûñîêîòåìïåðàòóðíîé îáëàñòè, êîãäà óïîðÿäî-
÷åíû òîëüêî ñëîè Fe. Äëÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíîé
îáëàñòè îò 250 äî 920 Ê íàìàãíè÷èâàíèå ïëåíêè
ïðîèñõîäèò îäèíàêîâûì îáðàçîì è êðèâûå íàìàãíè-
÷èâàíèÿ ïîäîáíû. Íà ðèñ. 2 â êà÷åñòâå ïðèìåðà
ïðèâåäåíû êðèâûå çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîãî ìîìåíòà
ïëåíêè îò ìàãíèòíîãî ïîëÿ â H�n è H||n ïðè Ò =
= 300 Ê. Èçìåðÿëñÿ ìàãíèòíûé ìîìåíò ïëåíêè â
öèêëàõ ââîäà—âûâîäà ïîëÿ äëÿ êàæäîé åãî îðèåí-
òàöèè. Èñïîëüçóåìûé âèáðàöèîííûé ìàãíèòîìåòð
LDJ-9500 ïîçâîëÿë îñóùåñòâëÿòü ââîä—âûâîä ïî-
ëåé â èíòåðâàëå îò –10 äî 10 êÝ. Êàê âèäíî, íàìàã-
íè÷èâàíèå â îáåèõ îðèåíòàöèÿõ ïîëÿ èñïûòûâàåò
ãèñòåðåçèñ. Â H�n áûñòðî äîñòèãàåòñÿ íàñûùåíèå, à
â H||n íàìàãíè÷èâàíèå çàòðóäíåíî è íå âûõîäèò ê
íàñûùåíèþ â 10 êÝ.
Èç çàâèñèìîñòåé, ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 2, ñëåäó-
åò, ÷òî ïëîñêîñòü ïëåíêè ÿâëÿåòñÿ ëåãêîé ïëîñêî-
ñòüþ äëÿ îðèåíòàöèé ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ äîìåíîâ
ñëîåâ Fe. Ïîä÷åðêíåì, ÷òî ïëåíêà íàìàãíè÷èâàåòñÿ
îäèíàêîâî äëÿ âñåõ íàïðàâëåíèé ïîëÿ, îðèåíòèðî-
âàííîãî â ïëîñêîñòè. Ëåãêîïëîñêîñòíîé õàðàêòåð
íàìàãíè÷èâàíèÿ ñëîåâ Fe ñâÿçàí ñ äåéñòâèåì ôàêòî-
ðà ôîðìû. Ïðèíèìàÿ íàìàãíè÷åííîñòü ñëîåâ Fe
ðàâíîé åå âåëè÷èíå äëÿ êðèñòàëëè÷åñêîãî Fe (1770
Ãñ [5]) è ïîëàãàÿ, ÷òî ïîïåðå÷íàÿ ïëîñêîñòè ïëåíêè
êîìïîíåíòà N-ôàêòîðà ðàâíà 4�, ïîëó÷èì âåëè÷èíó
ïîïåðå÷íîãî ðàçìàãíè÷èâàþùåãî äèïîëüíîãî ïîëÿ
22 êÝ. Èìåþùèìñÿ ó íàñ ìàêñèìàëüíûì ïîëåì
10 êÝ ïðåîäîëåòü òàêîå äèïîëüíîå ïîëå è âûéòè ê
íàñûùåíèþ íàìàãíè÷åííîñòè â H�n íåâîçìîæíî.
Îäíàêî ïðåäñòàâëåíèé îá àíèçîòðîïèè, ïîðîæ-
äàåìîé òîëüêî ðàçìàãíè÷èâàþùèìè, äèïîëüíûìè
ïî ñâîåé ñóòè, ïîëÿìè, äëÿ îáúÿñíåíèé ðàçëè÷èé
íàìàãíè÷èâàíèÿ ïëåíêè ïðè H�n è H||n íåäîñòàòî÷-
íî. Âîïðîñ ïðîèñõîæäåíèÿ ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèè
ïëåíîê ÿâëÿåòñÿ âàæíûì è ïðè èññëåäîâàíèÿõ èõ
ôåððîìàãíèòíîãî ðåçîíàíñà (ÔÌÐ) [10,11], êîòî-
ðûå áûëè òàêæå âûïîëíåíû íàìè íà äàííûõ ïëåí-
êàõ [4]. Â ñâÿçè ñ ýòèì îñòàíîâèìñÿ áîëåå ïîäðîáíî
íà àíàëèçå ïîëåâîé çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîãî ìîìåí-
òà ïëåíêè â H||n.
Íàìàãíè÷èâàíèå äîìåíîâ ñëîåâ Fe â H||n ïðè ëåã-
êîïëîñêîñòíîì òèïå èõ ôåððîìàãíèòíîãî óïîðÿäî-
÷åíèÿ ñâÿçàíî â îñíîâíîì ñ âðàùåíèåì ìàãíèòíûõ
ìîìåíòîâ. Åñëè ïëåíêà ìàãíèòîîäíîðîäíà, òî åå
ýíåðãèÿ â H||n ôîðìàëüíî ìîæåò áûòü çàïèñàíà ôå-
íîìåíîëîãè÷åñêè â âèäå
Å a m a m� � �
1
2
1
41
2 2
2
4 4cos cos� �
� � �
1
6
1
23
6 6 2 2a m Nm Hmcos cos cos� � �, (1)
448 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4
Â.Ì. Êàëèòà, À.Ô. Ëîçåíêî, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, Ï.À. Òðîöåíêî, Å.Â. Øèïèëü, À.Í. Ïîãîðåëûé
0
250 500 750 1000
4
8
12
16
T, K
Ì
,1
0
å
ä
.Ñ
ÃÑ
Ì
–
3
Ðèñ. 1. Òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ìàãíèòíîãî ìîìåí-
òà ïëåíêè â ïðîäîëüíîì ìàãíèòíîì ïîëå H = 1 êÝ,
êîãäà H�n.
��� �� � ��
–4
–2
0
2
4
H||n
H n�
H, êÝ
�
Ì
, 1
0
å
ä
. Ñ
ÃÑ
Ì
–
3
Ðèñ. 2. Ïîëåâûå çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ïëåí-
êè â ïðîäîëüíîì è ïîïåðå÷íîì ìàãíèòíûõ ïîëÿõ â öèê-
ëàõ åãî ââîäà—âûâîäà ïðè Ò = 300 Ê. Çàâèñèìîñòü ïðè
H�n (�), ïðè H||n (�).
ãäå a1, a2, a3 — êîíñòàíòû îäíîîñíîé àíèçîòðîïèè
2-ãî, 4-ãî è 6-ãî ïîðÿäêîâ, m — ìîäóëü íàìàãíè÷åí-
íîñòè, |m| = m = const, � — óãîë ìåæäó âåêòîðîì m
è Í, ïðè÷åì H||Z, ãäå Z — êîîðäèíàòíàÿ îñü, íà-
ïðàâëåííàÿ ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëåíêå, à êîìïîíåíòà
N-ôàêòîðà â ýòîì íàïðàâëåíèè ðàâíà N = 4�.
Ìèíèìèçèðóÿ (1) ïî �, ïîëó÷èì óðàâíåíèå äëÿ
íàïðàâëåíèÿ íàìàãíè÷åííîñòè:
�
�
� � � � �
E
N a m a m
�
� �[( ) cos cos1 2
3 3
� � �a m H m3
5 5 0cos ] sin� � . (2)
Ðåøåíèå � = 0 ðåàëèçóåòñÿ òîëüêî ïðè
H N a m a m a m� � � �( )1 2
3
3
5.
Èç çàâèñèìîñòåé, ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 2, ñëåäó-
åò, ÷òî â ìàëûõ ïîëÿõ (H < 2,5 êÝ) íàìàãíè÷èâàíèå
ïëåíêè ïðè H||n ïðîèñõîäèò áûñòðåå, ïî ñðàâíåíèþ
ñ òåì, êàê åñëè áû äåéñòâîâàëè òîëüêî ðàçìàãíè÷è-
âàþùèå äèïîëüíûå ïîëÿ. Ïðè H > 2,5 êÝ íàìàãíè-
÷èâàíèå ïëåíêè äëÿ ýòîãî íàïðàâëåíèÿ ïðèëîæåí-
íîãî ïîëÿ çàìåäëÿåòñÿ è ñòàíîâèòñÿ ñîãëàñóþùèìñÿ
ñ îæèäàåìûì ïðè ñèëüíîé ëåãêîïëîñêîñòíîé àíèçî-
òðîïèè, îïðåäåëÿåìîé ôàêòîðîì ðàçìàãíè÷èâàíèÿ.
Òàêîå ïîâåäåíèå íàìàãíè÷èâàíèÿ äëÿ H||n ìîæíî
ôîðìàëüíî ïîëó÷èòü èç óðàâíåíèÿ (2) ïðè a1 < 0,
a2 > 0, a3 > 0 è äàæå óäàåòñÿ ôèòèðîâàòü êðèâóþ
íà÷àëüíîãî íàìàãíè÷èâàíèÿ ïðè èñïîëüçîâàíèè
a1 = –12,2, a2 = 3,2�10–6, à3 = 8�10–14. Êàê âèäíî,
îïòèìàëüíîå ôèòèðîâàíèå äîñòèãàåòñÿ, êîãäà à1
îêàçûâàåòñÿ áëèçêèì ïî ìîäóëþ ê âêëàäó îò ðàçìàã-
íè÷èâàíèÿ N = 4� è äàåò âêëàä â àíèçîòðîïèþ ïðî-
òèâîïîëîæíûé åìó ïî çíàêó, ò.å. îäíîîñíàÿ ìàãíèò-
íàÿ àíèçîòðîïèÿ 2-ãî ïîðÿäêà ïî÷òè ïîëíîñòüþ
êîìïåíñèðóåò äåéñòâèå äèïîëüíûõ ïîëåé. À îáùàÿ
àíèçîòðîïèÿ ïëåíêè ïðè ýòîì îêàçûâàåòñÿ ëåãêîîñå-
âîé. Ýòîò ðåçóëüòàò ÿâëÿåòñÿ íåîáû÷íûì, îí ïðîòè-
âîðå÷èò íàáëþäàåìîé êðèâîé íàìàãíè÷èâàíèÿ ïðè
H�n (ñì. ðèñ. 2) è çàñòàâëÿåò óñîìíèòüñÿ â ïðà-
âèëüíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ ôîðìàëüíîãî ïîäõîäà, îñ-
íîâàííîãî íà îïèñàíèè ýíåðãèè â âèäå (1).
Ïðè ëåãêîîñíîé àíèçîòðîïèè ìàãíèòíûå ìîìåí-
òû äîìåíîâ äîëæíû áûòü íàïðàâëåííûìè âäîëü (è,
ðàçóìååòñÿ, ïðîòèâ) ëåãêîé îñè. Äåéñòâèòåëüíî, â
ýêñïåðèìåíòå ïðè íàìàãíè÷èâàíèè H||n èìååòñÿ ãèñ-
òåðåçèñ, è íàáëþäåíèå îñòàòî÷íîé íàìàãíè÷åííîñòè
ïðè âûâîäå ïîëÿ H||n ïîäòâåðæäàåò, ÷òî â ýòîì íà-
ïðàâëåíèè äåéñòâóþò ïîëÿ àíèçîòðîïèè, îðèåíòè-
ðóþùèå ìàãíèòíûå ìîìåíòû äîìåíîâ âäîëü îñè
ïëåíêè. Íî èç ñðàâíåíèÿ äàííûõ íàìàãíè÷èâàíèÿ
ïðè H||n è H�n íà ðèñ. 2 õîðîøî âèäíî, ÷òî ïëåíêà
ÿâëÿåòñÿ ëåãêîïëîñêîñòíîé.
Èòàê, íåñìîòðÿ íà èìåþùóþñÿ âîçìîæíîñòü îïè-
ñàòü ïîëåâóþ çàâèñèìîñòü íàìàãíè÷åííîñòè â H||n
ôîðìàëüíûì ïîäõîäîì, îñíîâàííûì íà (1), (2), íà-
ìàãíè÷èâàíèå ïëåíêè ïðè âûñîêèõ òåìïåðàòóðàõ
äëÿ âñåõ íàïðàâëåíèé ïîëÿ íå ìîæåò áûòü îáúÿñíå-
íî â ïðèáëèæåíèè îäíîðîäíîé îäíîîñíîé ìàãíèò-
íîé àíèçîòðîïèè ñëîåâ Fe, ïîñêîëüêó â íåé, ïî-âè-
äèìîìó, èìåþòñÿ îáëàñòè êàê ñ ëåãêîîñíûì, òàê è ñ
ëåãêîïëîñêîñòíûì òèïîì ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèè,
ïðè÷åì ïîñëåäíèå äîìèíèðóþò. Ïîëó÷åííûå â ýêñ-
ïåðèìåíòå íåëèíåéíûå çàâèñèìîñòè íàìàãíè÷èâà-
íèÿ ïëåíêè â H||n ìîãóò áûòü âûçâàíû íåîäíîðîäíî-
ñòüþ åå îäíîîñíîé ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèè.
Íåîäíîðîäíîñòü ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèè ýòîé
ïëåíêè ñëåäóåò òàêæå èç äàííûõ ÔÌÐ [4,9], ñî-
ãëàñíî êîòîðûì ïëåíêà îïèñûâàåòñÿ ëåãêîïëîñêîñò-
íîé àíèçîòðîïèåé 2-ãî ïîðÿäêà, è ýòà àíèçîòðîïèÿ
ñóùåñòâåííî íåîäíîðîäíà. Ïðè ýòîì ñòåïåíü íåîä-
íîðîäíîñòè ñòîëü âåëèêà, ÷òî ïðåâûøàåò ñàìó âåëè-
÷èíó àíèçîòðîïèè, ò.å. â ïëåíêå äîëæíû âîçíèêàòü
ëîêàëüíûå âêðàïëåíèÿ ëåãêîîñåâîãî òèïà, êîòîðûå
è ïîÿñíÿþò íåëèíåéíîñòü íàìàãíè÷èâàíèÿ ïðè H||n.
Äëÿ êà÷åñòâåííîãî ïîÿñíåíèÿ òàêîãî ìåõàíèçìà
ðàññìîòðèì ïðîñòåéøèé ñëó÷àé, êîãäà ÷àñòü ñëîåâ
Fe (åå äîëþ îáîçíà÷èì p ) èìååò àíèçîòðîïèþ 1-ãî
ïîðÿäêà, îïèñûâàåìóþ êîíñòàíòîé
a1 0, à îñòàâ-
øàÿñÿ ÷àñòü ñëîåâ Fe (èõ äîëÿ ðàâíà p ) èìååò êîí-
ñòàíòó àíèçîòðîïèè 1-ãî ïîðÿäêà, ðàâíóþ �a1 0.
Ïðè ýòîì � �p p 1. Áóäåì ñ÷èòàòü, ÷òî òàêèå ðàç-
íûå â ìàãíèòíîì îòíîøåíèè ó÷àñòêè ñëîåâ ñëó÷àé-
íûì îáðàçîì ðàñïðåäåëåíû â ïëåíêå è èìåþò áîëü-
øèå (â ñðàâíåíèè ñ ïîïåðå÷íûìè ðàçìåðàìè ñëîåâ)
ëèíåéíûå ðàçìåðû.
Äèïîëüíûå ïîëÿ óáûâàþò îáðàòíî ïðîïîðöèî-
íàëüíî êóáó ðàññòîÿíèÿ r–3, è èõ ñóììèðîâàíèå â
ñëó÷àå òîíêîé ïëåíêè îñóùåñòâëÿåòñÿ ôàêòè÷åñêè
ïî åå ïîâåðõíîñòè. Ïîýòîìó âêëàä â ñóììàðíîå ðàç-
ìàãíè÷èâàþùåå äèïîëüíîå ïîëå îò âñåõ óäàëåííûõ
ñïèíîâ áóäåò îáðàòíî ïðîïîðöèîíàëüíûì r–1. Ýòî
îçíà÷àåò, ÷òî ôîðìèðîâàíèå ëîêàëüíîãî äèïîëüíîãî
ïîëÿ òîíêîé ïëåíêè ïðîèñõîäèò áåç ó÷åòà áåñêîíå÷-
íî óäàëåííûõ åå ñïèíîâ. Ïîýòîìó ñäåëàåì äîïóùå-
íèå, ÷òî ðàçìàãíè÷èâàþùåå äèïîëüíîå ïîëå ó÷àñòêà
ñëîÿ Fe ñ áîëüøèìè ëèíåéíûìè ðàçìåðàìè â îñíîâ-
íîì îïðåäåëÿåòñÿ ñïèíàìè òîëüêî ýòîãî ó÷àñòêà.
Ñ ó÷åòîì ïðèíÿòûõ ïðèáëèæåíèé ýíåðãèþ ñëîåâ
Fe â H||n çàïèøåì â âèäå
E N a m p N a m pZ Z� � � � �
1
2
1
21
2
1
2( )( ) ( )( )
� � H m p m pZ Z( ), (3)
ãäå ó÷òåíî, ÷òî â H||n íàìàãíè÷åííîñòè ó÷àñòêîâ
ïî-ðàçíîìó ñêàøèâàþòñÿ ê ïîëþ, � m mZ cos ,�
� m mZ cos ,� � , � — óãëû ñêîñà, � m p m pZ Z —
ñðåäíÿÿ íàìàãíè÷åííîñòü ñëîåâ. Âåëè÷èíû N-ôàê-
òîðà äëÿ âñåõ ó÷àñòêîâ ñëîåâ ïðèíÿòû îäèíàêîâû-
ìè è ðàâíûìè N = 4�.
Îñîáåííîñòè ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê Fe/Au/Tb
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4 449
Òåïåðü ýíåðãèþ (3) ïðåäñòàâèì â âèäå
E N a m p N a m p� � � � �
1
2
1
21
2 2
1
2 2( ) cos ( ) cos� �
� � Hm p p(cos cos )� � . (4)
Ìèíèìèçèðóÿ (4) ïî óãëàì � , � , ïîëó÷èì óðàâ-
íåíèÿ:
�
�
� � � � �
E
m N a m H p
�
� �sin [( ) cos ]1 0, (5)
�
�
� � � � �
E
m N a m H p
�
� �sin [( ) cos ]1 0. (6)
Èç óðàâíåíèé (5), (6) èìååì, ÷òî ïðîäîëüíûå ïðî-
åêöèè íàìàãíè÷åííîñòåé ïðè èõ ñêîñå ê ïîëþ ïðî-
ïîðöèîíàëüíû Í:
�
�
m
H
N aZ
1
, �
�
m
H
N aZ
1
. (7)
Íàêëîí çàâèñèìîñòåé (7) îïðåäåëÿåòñÿ âåëè÷èíà-
ìè çíàìåíàòåëåé. Ïðè
a1 0 ñóììà N a� 1 â ïåðâîì
çíàìåíàòåëå óìåíüøàåòñÿ, ïîýòîìó ó÷àñòêè ñëîåâ Fe ñ
òàêîé àíèçîòðîïèåé íàìàãíèòÿòñÿ äî íàñûùåíèÿ â
ïîëå ðàâíîì � � H N a m( | | )1 . Äëÿ äðóãèõ ó÷àñòêîâ ñ
ëåãêîïëîñêîñòíîé àíèçîòðîïèåé �a1 0, ïîëå âûõîäà ê
íàñûùåíèþ ðàâíî � � H N a m( | | )1 , ïðè÷åì � H H .
Òàêèì îáðàçîì, â ñëó÷àå íåîäíîðîäíîé îäíîîñíîé
àíèçîòðîïèè íàìàãíè÷èâàíèå ïëåíêè â H||n áóäåò
ïðîèñõîäèòü â äâà ýòàïà. Íà ïåðâîì ýòàïå, ïðè
H H
, ìàãíèòíûå ìîìåíòû âñåõ ó÷àñòêîâ ïëåíêè
ñêàøèâàþòñÿ ê Í, íî íà ó÷àñòêàõ ñ ëåãêîîñíîé ìàã-
íèòíîé àíèçîòðîïèåé ñêîñ ïðîèñõîäèò áûñòðåå. Íà
âòîðîì ýòàïå, êîãäà
H H H , ìàãíèòíûå ìîìåí-
òû ó÷àñòêîâ ñ ëåãêîîñíîé ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèåé
óæå îðèåíòèðîâàíû âäîëü ïîëÿ, à ìîìåíòû ó÷àñòêîâ
ñ ëåãêîïëîñêîñòíîé ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèåé åùå
ñêàøèâàþòñÿ ê ïîëþ. Êîãäà ïðîäîëüíîå ìàãíèòíîå
ïîëå ñòàíîâèòñÿ áîëüøèì H H� , òî íàìàãíè÷åííî-
ñòè âñåõ ó÷àñòêîâ ïëåíêè áóäóò îðèåíòèðîâàíû âäîëü
Í, à ìàãíèòíûé ìîìåíò ïëåíêè áóäåò íàñûùåí.
Íà ðèñ. 3 ïðèâåäåíû çàâèñèìîñòè ñðåäíåé íàìàã-
íè÷åííîñòè ïðè ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ êîíñòàíò ìàãíèò-
íîé àíèçîòðîïèè è ðàçíûõ çíà÷åíèÿõ äîëåé ó÷àñò-
êîâ. Ýòè çàâèñèìîñòè èìåþò èçëîì, ÷òî íåèçáåæíî,
êîãäà ìîäåëü îãðàíè÷åíà òîëüêî äâóìÿ çíà÷åíèÿìè
êîíñòàíòû îäíîîñíîé àíèçîòðîïèè. Îäíàêî, åñëè
ó÷åñòü ðàçáðîñ äëÿ âåëè÷èí êîíñòàíò a1 è a1, òî
èçëîì áóäåò ðàçìûòûì. Òåïåðü êðèâàÿ ïîëåâîé çà-
âèñèìîñòè áóäåò íåïðåðûâíîé, è åå ìîæíî ðàññìàò-
ðèâàòü êàê ðåçóëüòàò óñðåäíåíèÿ çàâèñèìîñòåé, ïî-
äîáíûõ ïðèâåäåííûì íà ðèñ. 3. Íà ðèñ. 3 òàêæå
ïðèâåäåí ãðàôèê çàâèñèìîñòè ñðåäíåé íàìàãíè÷åí-
íîñòè ïëåíêè îò H||n ïðè ãàóñîâñêîì ðàñïðåäåëåíèè
äëÿ âåëè÷èíû êîíñòàíòû ëåãêîîñíîé àíèçîòðîïèè.
Ïîëó÷åííàÿ ìîäåëüíàÿ çàâèñèìîñòü êà÷åñòâåííî
èìååò òàêîé æå âèä, ÷òî è íà ðèñ. 2 ïðè H||n. Îäíà-
êî, íåñìîòðÿ íà òàêîå ñîãëàñèå, ïîíÿòíî, ÷òî äëÿ
ñòðîãîãî êîëè÷åñòâåííîãî ñðàâíåíèÿ íóæíî îïòèìè-
çèðîâàòü ôóíêöèþ ðàñïðåäåëåíèÿ, ÷åãî ìû â ýòîé
ðàáîòå äåëàòü íå áóäåì.
Îáñóæäåíèå ïðèðîäû íåîäíîðîäíîñòè îäíîîñíîé
àíèçîòðîïèè òàêæå ÿâëÿåòñÿ íåòðèâèàëüíûì âîïðî-
ñîì. Ìîæíî ëèøü ïðåäïîëîæèòü, ÷òî îíà ñâÿçàíà ñ
íåñîãëàñîâàííîñòüþ è íåîäíîðîäíîñòüþ ñòðóêòóð
ñëîåâ Fe, Au è Tb, èç-çà ÷åãî èîíû ñëîåâ íàõîäÿòñÿ
â íåîäíîðîäíîì ñîñòîÿíèè, ÷òî è ïðèâîäèò ê ðàç-
áðîñó âåëè÷èíû îäíîîñíîé ìàãíèòíîé àíèçîòðîïèè.
 çíà÷èòåëüíîé ìåðå îíà ìîæåò ïîðîæäàòüñÿ òàêæå
íåðîâíîñòÿìè èíòåðôåéñîâ, îáðàçîâàíèåì íà íèõ
èíòåðìåòàëëè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé Fe, Tb, Au.
4. Âûñîêîòåìïåðàòóðíûå ïîëåâûå çàâèñèìîñòè
íàìàãíè÷èâàíèÿ ïëåíêè â H�n
Ïîñêîëüêó äëÿ òîíêèõ ïëåíîê ïðîäîëüíàÿ êîì-
ïîíåíòà N-ôàêòîðà ðàâíà íóëþ, òî ïðè åå íàìàãíè-
÷èâàíèè â H�n íå âîçíèêàþò ðàçìàãíè÷èâàþùèå äè-
ïîëüíûå ïîëÿ. Ïåðåñòðîéêà ìíîãîäîìåííîãî ñîñòîÿ-
íèÿ îñóùåñòâëÿåòñÿ ïîä äåéñòâèåì H è ñëó÷àéíûõ,
ïðîèçâîëüíî îðèåíòèðîâàííûõ â ïëîñêîñòè ïëåíêè
ëîêàëüíûõ ïîëåé àíèçîòðîïèè. Íàâåäåííîé àíèçî-
òðîïèè â ïëîñêîñòè ïëåíêè, îáùåé äëÿ âñåé ïëåíêè,
â íàøèõ ýêñïåðèìåíòàõ îáíàðóæåíî íå áûëî.
Ëîêàëüíàÿ âíóòðèïëîñêîñòíàÿ ìàãíèòíàÿ àíèçî-
òðîïèÿ ìîæåò èìåòü ìàãíèòîóïðóãîå ïðîèñõîæäå-
450 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4
Â.Ì. Êàëèòà, À.Ô. Ëîçåíêî, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, Ï.À. Òðîöåíêî, Å.Â. Øèïèëü, À.Í. Ïîãîðåëûé
0 5 10 15 20
4
8
12
16
H, êÝ
m
,1
0
Ãñ
2
Ðèñ. 3. Ïîëåâûå çàâèñèìîñòè ñðåäíåé íàìàãíè÷åííîñòè â
ìîäåëè, ó÷èòûâàþùåé ðàçëè÷èÿ àíèçîòðîïèé íà ðàçíûõ
ó÷àñòêàõ ñëîåâ: íàìàãíè÷èâàíèå ïðè: �H = 1700 Ý, ��H =
= 28152 Ý, p1 = 0,25, p2 = 0,75 (- - -); �H = 5100 Ý, ��H =
= 25500 Ý, p1 = 0,3, p2 = 0,7 (- � -); ïðè ãàóñîâñêîì ðàñ-
ïðåäåëåíèè àíèçîòðîïèé �H = 1900 Ý, ��H = 29000 Ý,
p1 = 0,15, p2 = 0,85 (__); íàìàãíè÷èâàíèå îäíîðîäíîé
ïëåíêè áåç îäíîîñíîé àíèçîòðîïèè (...).
íèå. Ïðè ýòîì â ïëåíêå ñ ñèëüíûìè ñëó÷àéíûìè
ëîêàëüíûìè íàïðÿæåíèÿìè âûãîäíî, ÷òîáû ìàãíè-
òîñòðèêöèÿ äîìåíîâ áûëà ñîãëàñîâàííîé ñ ïîëÿìè
ýòèõ íàïðÿæåíèé. Ïîýòîìó â íåîäíîðîäíî íàïðÿ-
æåííîé ïëåíêå âîçìîæíî îáðàçîâàíèå ìíîãîäîìåí-
íîãî ñîñòîÿíèÿ ñî ñëó÷àéíûì ðàñïðåäåëåíèåì îðè-
åíòàöèé ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ äîìåíîâ â åå ïëîñêî-
ñòè. Íàëè÷èå òàêèõ ëîêàëüíûõ, ñëó÷àéíûì îáðàçîì
íàïðàâëåííûõ â ïëîñêîñòè ïëåíêè ïîëåé àíèçîòðî-
ïèè ìàãíèòîóïðóãîé ïðèðîäû ñîõðàíÿåò â öåëîì èçî-
òðîïíûé õàðàêòåð åå íàìàãíè÷èâàíèÿ â H�n.
Êàê áóäåò ïîêàçàíî äàëüøå, ñ ýêñïåðèìåíòàëüíû-
ìè äàííûìè ñîãëàñóåòñÿ ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ïåðå-
õîä ê îäíîäîìåííîìó ñîñòîÿíèþ â H�n ïðîèñõîäèò
çà ñ÷åò äâèæåíèÿ äîìåííûõ ñòåíîê. Èñïîëüçóåì åãî
äëÿ êà÷åñòâåííîãî ïîÿñíåíèÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ
äàííûõ ïðè íàìàãíè÷èâàíèè â H�n.
Íà ðèñ. 4 èçîáðàæåíû äâà äîìåíà ñ ðàçíûìè îðè-
åíòàöèÿìè íàìàãíè÷åííîñòè â íèõ, êîòîðûå çàäàíû
óãëàìè �1 è �2, ñîîòâåòñòâóþùèìè óãëàì ìåæäó
âåêòîðàìè m1, m2 íàìàãíè÷åííîñòåé äîìåíîâ è Í.
Ïðè ïåðåìåùåíèè ó÷àñòêà ñòåíêè ïëîùàäüþ S íà
ðàññòîÿíèå d ïîëå âûïîëíÿåò ðàáîòó
À = [Ím(cos�1– cos�2) + a
me
(cos2(�1– �2) – 1)]Sd,
(8)
ãäå ame — ïëîòíîñòü ýíåðãèè ìàãíèòíîé àíèçîòðî-
ïèè, êîòîðàÿ, êàê ãîâîðèëîñü, ìîæåò èìåòü, íàïðè-
ìåð, ìàãíèòîóïðóãîå ïðîèñõîæäåíèå. Ýòà ðàáîòà
îñóùåñòâëÿåòñÿ çà ñ÷åò äåéñòâèÿ íà ñòåíêó íàïðÿ-
æåíèÿ, ðàâíîãî:
� �� � �Ím( )cos cos1 2
� �ame ( ) .sin cos sin cos� � � �1 2 2 1
2 (9)
Ñðåäíÿÿ âåëè÷èíà íàïðÿæåíèÿ, ïðèëîæåííîãî ê
ñòåíêàì äîìåíîâ ñ îðèåíòàöèåé íàìàãíè÷åííîñòè
�1, ñ ó÷åòîì ðàçíîíàïðàâëåííîñòè îðèåíòàöèé íà-
ìàãíè÷åííîñòåé ñîñåäíèõ äîìåíîâ, ìîæåò áûòü ïî-
ëó÷åíà â ðåçóëüòàòå óñðåäíåíèÿ:
� �� � �Hm(cos cos )
� �ame (sin cos cos sin )2 2 2 2� � � � , (10)
ãäå ÷åðòîé ñâåðõó îáîçíà÷åíû ñðåäíèå âåëè÷èíû.
 (10) îïóùåíû èíäåêñû ó �, ïîñêîëüêó ñðåäíåå
ïî âñåì îðèåíòàöèÿì íå äîëæíî çàâèñåòü îò èíäåêñà
� [12].
Ïðè ââåäåíèè ïîëÿ H�n èçìåíÿþùååñÿ ïðè ýòîì
íàïðÿæåíèå (10) áóäåò âåñòè ê ïåðåñòðîéêå ìíîãî-
äîìåííîãî ñîñòîÿíèÿ. Åñëè äëÿ ìíîãîäîìåííîãî ñî-
ñòîÿíèÿ ââåñòè ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ äîìåíîâ ïî
îðèåíòàöèÿì èõ íàìàãíè÷åííîñòåé, ð(�), îïðåäå-
ëÿåìóþ îòíîøåíèåì îáúåìà äîìåíîâ ñ çàäàííîé
îðèåíòàöèåé ê îáùåìó îáúåìó ñëîåâ æåëåçà, òî ïîä
äåéñòâèåì ïîëÿ îíî áóäåò ìåíÿòüñÿ. Ïðè ðàâíîâåñèè
íàïðÿæåíèå (10) äîëæíî áûòü ñêîìïåíñèðîâàíî «ñè-
ëàìè ïðîòèâîäåéñòâèÿ» äâèæåíèþ äîìåííûõ ñòåíîê.
 ðåçóëüòàòå îáúåì (íà ñàìîì äåëå ïîâåðõíîñòü) äî-
ìåíîâ ñ âûãîäíîé â ïîëå îðèåíòàöèåé óâåëè÷èòñÿ.
Ââåäåíèå «ñèë ïðîòèâîäåéñòâèÿ», îáåñïå÷èâàþ-
ùèõ ðàâíîâåñèå ìíîãîäîìåííîé ñòðóêòóðû ïðè ââî-
äå Í, îïèøåì òåðìîäèíàìè÷åñêè. Ó÷òåì, ÷òî ïðè-
ðîñò îáúåìà îäíèõ äîìåíîâ ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò
îáúåìà äðóãèõ.
Ïðèðîñò ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ p(�) áóäåò ïðî-
ïîðöèîíàëüíûì ïðèðîñòó íàïðÿæåíèÿ (10), ò.å.
dp(�) � d
. Îäíàêî â îáëàñòè áîëüøèõ H ïëîòíîñòü
p(�) äëÿ äîìåíîâ ñ � = �/2 áóäåò áåñêîíå÷íî ìàëîé,
ò.å. p� 0, òîãäà êàê óïðóãîå íàïðÿæåíèå, ïðèëîæåí-
íîå ê ñòåíêàì ýòèõ äîìåíîâ, áóäåò ñàìûì áîëüøèì.
Àáñîëþòíîå èçìåíåíèå ôóíêöèè ðàñïðåäåëåíèÿ ýòèõ
äîìåíîâ dp(�) â áîëüøèõ H, íåâçèðàÿ íà âåëè÷èíû
íàïðÿæåíèé, äåéñòâóþùèõ íà íèõ, äîëæíî ñòðåìèòü-
ñÿ ê íóëþ. Ñ ó÷åòîì ýòèõ ñîîáðàæåíèé ñäåëàåì
äîïîëíèòåëüíîå ïðåäïîëîæåíèå, ñîãëàñíî êîòîðîìó
ïðèðîñò ïëîòíîñòè ðàñïðåäåëåíèÿ äîìåíîâ ïðîïîð-
öèîíàëåí íå ïðîñòî âåëè÷èíå èçìåíåíèÿ íàïðÿæå-
íèÿ, äåéñòâóþùåãî íà ñòåíêó, à dp(�) � p(�)d
. Ýòî
ïîçâîëÿåò çàïèñàòü óðàâíåíèå
dp
p
d� �
, (11)
ãäå � — êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè, êîòî-
ðûé ïðèìåì íåçàâèñÿùèì îò Í.
Ðåøåíèå (11), óäîâëåòâîðÿþùåå íîðìèðîâêå
p(�), èìååò âèä
p Hm ame( )
( )
[ cos (sin cos cos sin )]
�
�
� � � � � �
�
� �1 2 2 2 2
I
e ,
(12)
çäåñü I(�) — èíòåãðàë
Îñîáåííîñòè ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê Fe/Au/Tb
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4 451
d
H H
m
1 m2
1 2
Ðèñ. 4. Ïîëîæåíèå ãðàíèöû ìåæäó äâóìÿ ñîñåäíèìè äîìå-
íàìè ñ ðàçíûìè îðèåíòàöèÿìè íàìàãíè÷åííîñòåé â íèõ.
I e( ) [ cos (sin cos cos sin )]
� �
� � � � � �
�
�
�
� �
�
�
Hm ame d
2 2 2 2
,
à ñðåäíèå çíà÷åíèÿ sin2 � è cos2 � îïðåäåëÿþòñÿ èç
âûðàæåíèé
sin cos2 21� �� � , (13)
cos
( )
2 1
�
�
� �
I
�
� �
�
� cos [ cos (sin cos cos sin )]2 2 2 2 2
� �
� � � � � �
�
�
e Hm ame d .
(14)
Âûðàæåíèå äëÿ ñðåäíåé âåëè÷èíû íàìàãíè÷åííî-
ñòè ïëåíêè â H�n ïðè ýòîì çàïèøåòñÿ â âèäå
m m� �0
1
I( )�
�
� �
�
� cos [ cos (sin cos cos sin )]
� �
� � � � � �
�
�
e Hm ame d
2 2 2 2
,
(15)
ãäå m0 — íàìàãíè÷åííîñòü íàñûùåíèÿ ïðè Í � �.
Íà ðèñ. 5 äëÿ ñðàâíåíèÿ ïðèâåäåíû ýêñïåðèìåí-
òàëüíàÿ ïîëåâàÿ çàâèñèìîñòü ìàãíèòíîãî ìîìåíòà
ïëåíêè (êðóæî÷êè) ïðè H�n è ðàñ÷åòíàÿ ïî óðàâ-
íåíèþ (15) çàâèñèìîñòü. Îïòèìàëüíîå ôèòèðîâà-
íèå äîñòèãíóòî ïðè ñðåäíåé âåëè÷èíå ïîëÿ ëîêàëü-
íîé àíèçîòðîïèè, ðàâíîì 1,1 êÝ. Êàê âèäíî íà
ðèñ. 5, ìåæäó ýêñïåðèìåíòàëüíîé çàâèñèìîñòüþ
äëÿ íàìàãíè÷åííîñòè â H�n è åå ðàñ÷åòîì ïî ôîð-
ìóëå (15) èìååòñÿ óäîâëåòâîðèòåëüíîå ñîãëàñèå.
Íàéäåííîå ôèòèðîâàíèåì çíà÷åíèå ñðåäíåãî ëî-
êàëüíîãî ïîëÿ àíèçîòðîïèè ñëåäóåò ðàñöåíèâàòü,
êàê èíäèâèäóàëüíûé ïàðàìåòð êàæäîé èç ïëåíîê.
5. Äàííûå íèçêîòåìïåðàòóðíîãî
íàìàãíè÷èâàíèÿ ïëåíîê
Êàê ñëåäóåò èç äàííûõ íàìàãíè÷èâàíèÿ, ïðèâå-
äåííûõ íà ðèñ. 1, ïðè òåìïåðàòóðàõ íèæå 40 Ê ïðî-
èñõîäèò çíà÷èòåëüíîå âîçðàñòàíèå ìàãíèòíîãî ìî-
ìåíòà ïëåíêè. Ýòî ñâÿçàíî ñ ïðîèñõîäÿùèì ïðè
ýòèõ òåìïåðàòóðàõ ìàãíèòíûì óïîðÿäî÷åíèåì ñëîåâ
Tb. Ïðîàíàëèçèðóåì ïîëåâûå çàâèñèìîñòè ìàãíèò-
íîãî ìîìåíòà ïëåíêè â öèêëàõ ââîäà—âûâîäà H||n è
H�n ïðè Ò = 4,2 Ê, êîòîðûå ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ. 6.
Âåëè÷èíà ìàãíèòíîãî ìîìåíòà â ïîëå 10 êÝ ïðè ýòîé
òåìïåðàòóðå îêàçàëàñü ïî÷òè â 9 ðàç áîëüøå åãî âå-
ëè÷èíû ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå, ïðè òîì, ÷òî â
îáåèõ îðèåíòàöèÿõ Í ìàãíèòíûé ìîìåíò ïëåíêè
ïðè Ò = 4,2 Ê äàëåê îò íàñûùåíèÿ. Òàêîé ðîñò ìàã-
íèòíîãî ìîìåíòà ìîæåò áûòü ñâÿçàí ñ íàìàãíè÷èâà-
íèåì ñëîåâ Tb. Íî äàæå è â ýòîì ïðåäïîëîæåíèè
ñòîëü áîëüøîå ïðèðàùåíèå ìàãíèòíîãî ìîìåíòà
òðóäíî îáúÿñíèòü. Åñëè áû ñëîè Fe ïðè êîìíàòíîé
òåìïåðàòóðå áûëè ïîëíîñòüþ ôåððîìàãíèòíûìè, à
âêëàä îò Tb îòñóòñòâîâàë áû, òî ìàêñèìàëüíî âîç-
ìîæíîå óâåëè÷åíèå ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ïëåíêè ïðè
ãåëèåâîé òåìïåðàòóðå çà ñ÷åò óïîðÿäî÷åíèÿ òåðáèå-
âûõ ñëîåâ, ïî ñðàâíåíèþ ñ åãî âåëè÷èíîé ïðè êîì-
íàòíîé òåìïåðàòóðå, íå äîëæíî áûëî áû ïðåâûøàòü
4-õ ðàç, èñõîäÿ èç äàííûõ î âîçìîæíîì ìàãíèòíîì
ìîìåíòå, ïðèõîäÿùåìñÿ â òåðáèåâîì ñëîå íà îäèí
èîí [6] è èç îòíîñèòåëüíîãî îáúåìà Fe è Tb â îá-
ðàçöå. Ýòà îöåíêà ïîëó÷åíà â ïðåäïîëîæåíèè, ÷òî
ïëîòíîñòè ñëîåâ è ìàãíèòíûå ìîìåíòû èîíîâ Fe è
Tb ðàâíû èõ çíà÷åíèÿì äëÿ îáúåìíûõ îáðàçöîâ.
Òàêîå íåîæèäàííî áîëüøîå âîçðàñòàíèå ìàãíèò-
íîãî ìîìåíòà ïëåíêè ïðè ãåëèåâîé òåìïåðàòóðå ïî
îòíîøåíèþ ê åãî âåëè÷èíå ïðè êîìíàòíîé òåìïåðà-
òóðå ìîæåò áûòü îáúÿñíåíî òåì, ÷òî ïðè âûñîêèõ
òåìïåðàòóðàõ çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü (áîëüøå ïîëîâè-
452 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4
Â.Ì. Êàëèòà, À.Ô. Ëîçåíêî, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, Ï.À. Òðîöåíêî, Å.Â. Øèïèëü, À.Í. Ïîãîðåëûé
2,5 50
1
2
3
H, êÝ
Ì
,1
0
å
ä
.Ñ
ÃÑ
Ì
–
3
Ðèñ. 5. Ïîëåâàÿ âûñîêîòåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü äëÿ
ïîïåðå÷íîãî ìîìåíòà (�) è òåîðåòè÷åñêàÿ çàâèñèìîñòü
ïîïåðå÷íîãî ìàãíèòíîãî ìîìåíòà, ïîëó÷åííàÿ ñ èñïîëü-
çîâàíèåì âûðàæåíèÿ (15) (----).
–10 –5 0 5 10
–6
3
6
H, êÝ–3
Ì
,1
0
–
2
å
ä
.Ñ
ÃÑ
Ì
Ðèñ. 6. Ïîëåâûå çàâèñèìîñòè ìàãíèòíîãî ìîìåíòà ïëåí-
êè â ïîïåðå÷íîì (___) è ïðîäîëüíîì (----) ìàãíèòíûõ
ïîëÿõ â öèêëàõ åãî ââîäà—âûâîäà ïðè Ò = 4,2 Ê.
íû) èîíîâ Fe íå âêëþ÷åíû â ôåððîìàãíèòíûå ñëîè,
à íàõîäÿòñÿ â ïàðàìàãíèòíîì ñîñòîÿíèè. Òàêîâûìè,
íàïðèìåð, ìîãóò áûòü èîíû, ëåæàùèå â îáëàñòè èí-
òåðôåéñà, èëè èîíû, îáðàçóþùèå îêñèäû æåëåçà ñ
ïðîäèôôóíäèðîâàâøèì â îáúåì ïëåíêè êèñëîðî-
äîì. Âîçìîæíà òàêæå âåðñèÿ, ÷òî ñëîè Fe ÿâëÿþòñÿ
îñòðîâêîâûìè, ãðàíóëÿðíûìè. È ÷àñòü ãðàíóë íà-
õîäèòñÿ â ñóïåðïàðàìàãíèòíîì ñîñòîÿíèè ñ òåìïåðà-
òóðîé áëîêèðîâêè â ãåëèåâîé îáëàñòè. Îòìåòèì òàê-
æå, ÷òî õîä çàâèñèìîñòåé íà ðèñ. 6 ïîõîæ íà íàìàã-
íè÷èâàíèå ïàðàìàãíåòèêà ïðè íèçêèõ òåìïåðàòó-
ðàõ.  ÷àñòíîñòè, îá ýòîì ãîâîðèò èçîòðîïèÿ íàìàã-
íè÷èâàíèÿ â îáåèõ îðèåíòàöèÿõ H||n è H�n. Ýòî
ìîæåò îçíà÷àòü, ÷òî çíà÷èòåëüíàÿ ÷àñòü èîíîâ ñëîåâ
Tb òàêæå íàõîäèòñÿ â ïàðàìàãíèòíîì ñîñòîÿíèè.
Êðèâûå ïîëåâûõ çàâèñèìîñòåé ìàãíèòíîãî ìî-
ìåíòà ïðè Ò = 4,2 Ê èìåþò ãèñòåðåçèñ. Îäíàêî ýòîò
ãèñòåðåçèñ íåîáû÷åí è îòëè÷àåòñÿ îò òèïè÷íî ôåð-
ðîìàãíèòíîãî ãèñòåðåçèñà ïëåíêè ïðè âûñîêèõ òåì-
ïåðàòóðàõ (ñì. ðèñ. 2). Ãèñòåðåçèñ ïðè íèçêèõ òåì-
ïåðàòóðàõ íàèáîëåå ñèëüíî âûðàæåí â ïîëÿõ
ïîðÿäêà 3–7 êÝ.  ïîëå Í � 0 êðèâûå ââîäà è âûâî-
äà ïîëÿ ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò ìåæäó ñîáîé. Òàêèå
îñîáåííîñòè íàìàãíè÷èâàíèÿ íàáëþäàþòñÿ ïðè ïå-
ðåñòðîéêå ìíîãîäîìåííîãî ñîñòîÿíèÿ àíòèôåððî-
ìàãíåòèêîâ è/èëè ôåððèìàãíåòèêîâ [12].
Íàëè÷èå ìåæñëîåâîé àíòèôåððîìàãíèòíîé ñâÿçè
ñëåäóåò èç äàííûõ òåìïåðàòóðíîé çàâèñèìîñòè ìàã-
íèòíîãî ìîìåíòà ïëåíêè, ïðèâåäåííûõ íà ðèñ. 1,
ãäå ïðè Ò � 40 Ê â íàìàãíè÷åííîñòè ïëåíêè íàáëþ-
äàåòñÿ ïðîâàë. Çàâèñèìîñòü ìàãíèòíîãî ìîìåíòà
ïëåíêè â íèçêîòåìïåðàòóðíîé îáëàñòè ïîõîæà íà òåì-
ïåðàòóðíûå çàâèñèìîñòè ñóììàðíîé íàìàãíè÷åííîñòè
ôåððèìàãíåòèêîâ ñ ïðîòèâîïîëîæíûìè íàìàãíè÷åí-
íîñòÿìè ïîäðåøåòîê ïðè ïðîõîæäåíèè ÷åðåç òî÷êó
êîìïåíñàöèè, â êîòîðîé íàìàãíè÷åííîñòè îáåèõ ïîä-
ðåøåòîê ôåððèìàãíåòèêà èìåþò îäèíàêîâûå âåëè÷è-
íû, íî íàïðàâëåíû âçàèìíî ïðîòèâîïîëîæíî [6]. Èç
òàêîé àíàëîãèè ñëåäóåò, ÷òî â èññëåäóåìîé ïëåíêå ìå-
æäó ôåððîìàãíèòíî óïîðÿäî÷åííûìè ñëîÿìè Fe è Tb
ñóùåñòâóåò àíòèôåððîìàãíèòíîå îáìåííîå âçàèìîäåé-
ñòâèå, îðèåíòèðóþùåå ðàçíûå ïî âåëè÷èíå ìàãíèòíûå
ìîìåíòû ýòèõ ñëîåâ ïðîòèâîïîëîæíî.
Òàêèì îáðàçîì, òåìïåðàòóðíàÿ çàâèñèìîñòü ìàã-
íèòíîãî ìîìåíòà ïëåíêè, ïðèâåäåííàÿ íà ðèñ. 1,
óêàçûâàåò íà àíòèôåððîìàãíèòíóþ ñâÿçü â îðèåíòà-
öèÿõ ìàãíèòíûõ ìîìåíòîâ ñëîåâ Fe è Tb. Îá ýòîì
ãîâîðèò è ñïåöèôè÷åñêèé âèä ãèñòåðåçèñà ïðè Ò =
= 4,2 Ê, ïðèâåäåííûé íà ðèñ. 6.
Íàìè áûëè ïðåäïðèíÿòû ðàñ÷åòû âçàèìîäåéñò-
âèÿ ìåæäó ñëîÿìè Fe è Tb â ìîäåëè ÐÊÊÈ ñ ñóììè-
ðîâàíèåì äëÿ êàæäîãî èîíà â îäíîì ñëîå âçàèìîäåé-
ñòâèÿ ñî âñåìè èîíàìè ñîñåäíåãî ñëîÿ. Îíè
ïîêàçûâàþò, ÷òî íà ýòîì ïóòè, â ïðèíöèïå, ìîæíî
ñâåñòè ìåæèîííîå ÐÊÊÈ îáìåííîå âçàèìîäåéñòâèå
ê âçàèìîäåéñòâèþ ñëîåâ. Îäíàêî ðåàëèñòè÷íîñòü
ýòîé ìîäåëè ïðèìåíèòåëüíî ê èññëåäóåìûì îáðàç-
öàì âûçûâàåò ñîìíåíèÿ, ïîñêîëüêó â íåé ìû ðàñ-
ñìàòðèâàëè èíòåðôåéñû, êàê èäåàëüíî ãëàäêèå. Â
òî æå âðåìÿ äëÿ äàííûõ ïëåíîê íåîáõîäèì ó÷åò íå-
ðîâíîñòåé èíòåðôåéñîâ è ðàññåÿíèÿ íà íèõ ýëåêòðî-
íîâ, êîòîðûå çäåñü ìîãóò ñóùåñòâåííî èçìåíèòü âû-
âîäû ðàñ÷åòà.
6. Çàêëþ÷åíèå
Ïîëó÷åíî, ÷òî â âûñîêîòåìïåðàòóðíîé îáëàñòè â
ìíîãîñëîéíîé ïëåíêå, ñîñòîÿùåé èç ñëîåâ æåëåçà è
òåðáèÿ, ðàçäåëåííûõ íåìàãíèòíûì çîëîòîì, ìàãíèò-
íîå óïîðÿäî÷åíèå èìåþò òîëüêî ñëîè Fe.  ýòîì
ñëó÷àå ïåòëè ãèñòåðåçèñà òèïè÷íû äëÿ ôåððîìàãíå-
òèêîâ. Îäíàêî â íàìàãíè÷èâàíèè ïëåíêè Í||n ïðîÿâ-
ëÿåòñÿ íåîäíîðîäíîñòü îäíîîñíîé àíèçîòðîïèè, êî-
òîðàÿ ïðèâîäèò ê íåëèíåéíîìó íàìàãíè÷èâàíèþ â
ýòîé îðèåíòàöèè ïîëÿ.
Íàìàãíè÷èâàíèå ïëåíêè â âûñîêîòåìïåðàòóðíîé
îáëàñòè â Í�n ñâÿçàíî ñ ïåðåñòðîéêîé ïîëåì ìíî-
ãîäîìåííîãî ñîñòîÿíèÿ ñëîåâ Fe. Ôîðìèðîâàíèå òà-
êîãî ìíîãîäîìåííîãî ñîñòîÿíèÿ ñâÿçàíî ñ íàëè÷èåì â
ñëîÿõ ëîêàëüíîé ñëó÷àéíî îðèåíòèðîâàííîé âíóòðè
ïëîñêîñòè àíèçîòðîïèè ëåãêîîñíîãî òèïà.
Èç äàííûõ íàìàãíè÷èâàíèÿ, ïîëó÷åííûõ â íèç-
êîòåìïåðàòóðíîé îáëàñòè, ñëåäóåò, ÷òî ïðè ãåëèå-
âûõ òåìïåðàòóðàõ íàìàãíè÷åííîñòü ñëîåâ òåðáèÿ
èìååò ôåððîìàãíèòíóþ ñîñòàâëÿþùóþ. Ïðè ýòîì
ìàãíèòíûå ìîìåíòû ñëîåâ æåëåçà è òåðáèÿ îðèåíòà-
öèîííî ñâÿçàíû ìåæäó ñîáîé âçàèìîäåéñòâèåì àí-
òèôåððîìàãíèòíîãî òèïà. Ýòî ïðèâîäèò ê òîìó, ÷òî
ïåòëè ãèñòåðåçèñà ïðè Ò = 4,2 Ê íå èìåþò îñòàòî÷-
íîé íàìàãíè÷åííîñòè è êîýðöèòèâíîãî ïîëÿ. Êðîìå
òîãî, ïðè Ò � 40 Ê íàáëþäàåòñÿ òî÷êà êîìïåíñàöèè,
êîãäà ìàãíèòíûå ìîìåíòû ñëîåâ Fe è Tb êîìïåíñè-
ðóþò äðóã äðóãà, ÷òî òàêæå ïîäòâåðæäàåò àíòèôåð-
ðîìàãíèòíóþ ñâÿçü ìåæäó ñëîÿìè.
1. H. Hoffman and R. Schersclicht, Festk�rperprobleme,
Helbig. (ed.), Vieweg, Braunschweig/Wiesbaden (1998).
2. E. Shypil, A. Pogorily, and D. Podyalovsky, Fiz.
Nizk. Temp. 30, 544 (2004).
3. Y.I. Wang, H. Cai, Q. Tang, K.M. Yang, J.Y. Li, and
J.L. Wang, J. Magn. Magn. Mater. 68, 84 (1987).
4. V.M. Kalita, A.F. Lozenko, S.M. Ryabchenko, P.A.
Trotsenko, O.V. Shypil, and A.M. Pogorily, J. Appl.
Phys. 99, 08C904 (2006).
5. Ñ.Â. Âîíñîâñêèé, Ìàãíåòèçì, Íàóêà, Ìîñêâà (1971).
6. Ê.Ï. Áåëîâ, Ì.À. Áåëÿí÷èêîâà, Ð.Ç. Ëåâèòèí, Ñ.À.
Íèêèòèí, Ðåäêîçåìåëüíûå ôåððî- è àíòèôåððîìàã-
íåòèêè, Íàóêà, Ìîñêâà (1965).
7. W.C. Thoburn, S. Legvold, and F.H. Spedding, Phys.
Rev. 112, 56 (1958).
Îñîáåííîñòè ìàãíèòíîãî óïîðÿäî÷åíèÿ ìíîãîñëîéíûõ ïëåíîê Fe/Au/Tb
Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4 453
8. E. Reiger, E. Reinwald, G. Gareeu, M. Ernst, M.
Zolfe, F. Bensch, S. Bauer, H. Preis, and G. Bay-
renther, J. Appl. Phys. 87, 5923 (2000).
9. E. Shypil, A. Pogorily, D. Podyalovsky, and Y. Pogo-
ryelov, Fiz. Nizk. Temp. 27, 879 (2001).
10. À.Ã. Ãóðåâè÷, Ã.À. Ìåëêîâ, Ìàãíèòíûå êîëåáàíèÿ è
âîëíû, Íàóêà, Ìîñêâà (1994).
11. Ì. Ïðàòòîí, Òîíêèå ôåððîìàãíèòíûå ïëåíêè, Ñóäî-
ñòðîåíèå, Ëåíèíãðàä (1967).
12. Â.Ì. Êàëèòà, À.Ô. Ëîçåíêî, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, Ï.À.
Òðîöåíêî, ÆÝÒÔ 126, 1209 (2004).
Features of magnetic ordering in Fe/Au/Tb
multilayers
V.M. Kalita, A.F. Lozenko, S.M. Ryabchenko, P.A.
Trotsenko, O.V. Shypil, and A.N. Pogorily
Temperature and magnetic field measure-
ments of magnetic properties of multilayer films
consisting of a sequence of alternating Fe and Tb
layers separated by non-magnetic gold layers are
carried out. The samples were prepared by the
electron-beam evaporation technique. In order to
elucidate the peculiarities of uniaxial anisotropy,
the field dependence of film magnetic moment at
H||n is analyzed. It is shown that the inhomo-
geneous uniaxial anisotropy results in a nonlinear
magnetization at H||n. The film magnetization
process is described when H�n, and transition to
a single-domain state is caused only by the do-
main wall movement. The data on magnetic field
dependences of magnetic moment at low temper-
atures indicate that the magnetic moments of Fe
and Tb layers have mutually opposite orienta-
tions. The temperature dependence of magnetiza-
tion exhibits a compensation point, suggesting
the existence of antiferromagnetic coupling be-
tween Fe and Tb layers.
PACS: 75.50.Bb Fe and its alloys;
75.50.Cc Other ferromagnetic metals and
alloys;
75.75.+a Magnetic properties of
nanostructures;
75.60.–d Domain effects, magnetization
curves, and hysteresis.
Keywords: multilayers, magnetic ordering,
interlayer interaction.
454 Ôèçèêà íèçêèõ òåìïåðàòóð, 2007, ò. 33, ¹ 4
Â.Ì. Êàëèòà, À.Ô. Ëîçåíêî, Ñ.Ì. Ðÿá÷åíêî, Ï.À. Òðîöåíêî, Å.Â. Øèïèëü, À.Í. Ïîãîðåëûé
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-127751 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0132-6414 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T22:41:42Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Калита, В.М. Лозенко, А.Ф. Рябченко, С.М. Троценко, П.А. Шипиль, Е.В. Погорелый, А.Н. 2017-12-27T15:41:14Z 2017-12-27T15:41:14Z 2007 Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb / В.М. Калита, А.Ф. Лозенко, С.М. Рябченко, П.А. Троценко, Е.В. Шипиль, А.Н. Погорелый // Физика низких температур. — 2007. — Т. 33, № 4. — С. 446-454. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.50.Bb, 75.50.Cc, 75.75.+a, 75.60.–d https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127751 Проведены температурные и полевые исследования магнитных свойств многослойных пленок, образованных из последовательности чередующихся магнитных слоев железа и редкоземельного тербия, разделенных слоями немагнитного золота. Образцы получены электронно-лучевым осаждением. Для выяснения особенностей одноосной анизотропии проведен анализ полевой зависимости магнитного момента пленки при H||n. Показано, что неоднородная одноосная анизотропия приводит к нелинейности в намагничивании пленки в H||n. Проведено описание процесса намагничивания пленки в H⊥n, когда переход к однодоменному состоянию происходит только за счет движения доменных стенок. По данным полевых зависимостей магнитного момента при низких температурах показано, что магнитные моменты слоев Fe и Tb ориентируются взаимно противоположно. В температурной зависимости намагниченности наблюдается точка компенсации, что указывает на наличие антиферромагнитной связи между Fe и Tb слоями. Проведено температурні і польові дослідження магнітних властивостей багатошарових плівок, які утворені із послідовності магнітних шарів заліза та рідкісноземельного тербію, що розділені шарами немагнітного золота. Зразки отримано електронно-променевим осадженням. З метою з’ясування особливостей одноосьової анізотропії проведено аналіз польової залежності магнітного моменту плівки при H||n. Показано, що неоднорідна одновісна анізотропія призводить до нелінійності намагнічування плівки в H||n. Проведено опис процесу намагнічування плівки в H⊥n, коли перехід до однодоменного стану здійснюється тільки за рахунок руху доменних стінок. За даними польових залежностей магнітного моменту при низьких температурах показано, що магнітні моменти шарів Fe та Tb орієнтовані взаємно протилежно. У температурній залежності намагніченості спостерігається точка компенсації, що вказує на наявність антиферомагнітного зв’язку між Fe та Tb шарами. Temperature and magnetic field measurements of magnetic properties of multilayer films consisting of a sequence of alternating Fe and Tb layers separated by non-magnetic gold layers are carried out. The samples were prepared by the electron-beam evaporation technique. In order to elucidate the peculiarities of uniaxial anisotropy, the field dependence of film magnetic moment at H||n is analyzed. It is shown that the inhomogeneous uniaxial anisotropy results in a nonlinear magnetization at H||n. The film magnetization process is described when H⊥n, and transition to a single-domain state is caused only by the domain wall movement. The data on magnetic field dependences of magnetic moment at low temperatures indicate that the magnetic moments of Fe and Tb layers have mutually opposite orientations. The temperature dependence of magnetization exhibits a compensation point, suggesting the existence of antiferromagnetic coupling between Fe and Tb layers. ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпеpатуpный магнетизм Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb Features of magnetic ordering in Fe/Au/Tb multilayers Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb Калита, В.М. Лозенко, А.Ф. Рябченко, С.М. Троценко, П.А. Шипиль, Е.В. Погорелый, А.Н. Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| title | Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb |
| title_alt | Features of magnetic ordering in Fe/Au/Tb multilayers |
| title_full | Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb |
| title_fullStr | Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb |
| title_full_unstemmed | Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb |
| title_short | Особенности магнитного упорядочения многослойных пленок Fe/Au/Tb |
| title_sort | особенности магнитного упорядочения многослойных пленок fe/au/tb |
| topic | Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| topic_facet | Низкотемпеpатуpный магнетизм |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/127751 |
| work_keys_str_mv | AT kalitavm osobennostimagnitnogouporâdočeniâmnogosloinyhplenokfeautb AT lozenkoaf osobennostimagnitnogouporâdočeniâmnogosloinyhplenokfeautb AT râbčenkosm osobennostimagnitnogouporâdočeniâmnogosloinyhplenokfeautb AT trocenkopa osobennostimagnitnogouporâdočeniâmnogosloinyhplenokfeautb AT šipilʹev osobennostimagnitnogouporâdočeniâmnogosloinyhplenokfeautb AT pogorelyian osobennostimagnitnogouporâdočeniâmnogosloinyhplenokfeautb AT kalitavm featuresofmagneticorderinginfeautbmultilayers AT lozenkoaf featuresofmagneticorderinginfeautbmultilayers AT râbčenkosm featuresofmagneticorderinginfeautbmultilayers AT trocenkopa featuresofmagneticorderinginfeautbmultilayers AT šipilʹev featuresofmagneticorderinginfeautbmultilayers AT pogorelyian featuresofmagneticorderinginfeautbmultilayers |