Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием

Выполнен комплексный анализ магнитно-резонансных свойств многослойной структуры F₁/f(d)/F₂pin, где F₁ и F₂pin — свободный и обменно-закрепленный сильномагнитные слои, f — слабомагнитная прослойка с точкой Кюри в окрестности комнатной температуры. В зависимости от магнитного состояния&#x...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физика низких температур
Дата:	2016
Автори:	Полищук, Д.М., Тихоненко-Полищук, Ю.О., Кравец, А.Ф., Товстолыткин, А.И., Джежеря, Ю.И., Погорелый, А.Н., Korenivski, V.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України 2016
Теми:	Низкотемпеpатуpный магнетизм
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129294
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием / Д.М. Полищук, Ю.О. Тихоненко-Полищук, А.Ф. Кравец, А.И. Товстолыткин, Ю.И. Джежеря, А.Н. Погорелый, V. Korenivski // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 9. — С. 972-980. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1860134162981191680
author	Полищук, Д.М. Тихоненко-Полищук, Ю.О. Кравец, А.Ф. Товстолыткин, А.И. Джежеря, Ю.И. Погорелый, А.Н. Korenivski, V.
author_facet	Полищук, Д.М. Тихоненко-Полищук, Ю.О. Кравец, А.Ф. Товстолыткин, А.И. Джежеря, Ю.И. Погорелый, А.Н. Korenivski, V.
citation_txt	Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием / Д.М. Полищук, Ю.О. Тихоненко-Полищук, А.Ф. Кравец, А.И. Товстолыткин, Ю.И. Джежеря, А.Н. Погорелый, V. Korenivski // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 9. — С. 972-980. — Бібліогр.: 25 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Физика низких температур
description	Выполнен комплексный анализ магнитно-резонансных свойств многослойной структуры F₁/f(d)/F₂pin, где F₁ и F₂pin — свободный и обменно-закрепленный сильномагнитные слои, f — слабомагнитная прослойка с точкой Кюри в окрестности комнатной температуры. В зависимости от магнитного состояния спейсера f (ферромагнитное или парамагнитное) обменное взаимодействие между слоями F₁ и F₂pin становится функцией температуры, что открывает широкие возможности для практических применений. Полученные результаты показывают, что межслойная обменная связь может быть усилена или путем уменьшения толщины спейсера d, или путем понижения температуры. Усиление обменной связи приводит к более сильному проявлению однонаправленной анизотропии в ферромагнитном резонансе слоя F₁, а также к нетипичному для тонких пленок уширению резонансных линий. Обнаруженные особенности анализируются в контексте сравнения двух эффектов различной природы — влияния толщины спейсера d и температуры. Так, характер изменения однонаправленной анизотропии остается одинаковым при варьировании как толщины спейсера, так и температуры. Однако уширение линии магнитного резонанса оказывается более чувствительным к изменению межслойного взаимодействия, вызванному вариацией d, и менее чувствительным к изменениям, вызванным изменением температуры. Виконано комплексний аналіз магнітно-резонансних властивостей багатошарової структури F₁/f(d)/F₂pin, де F₁ і F₂pin — вільний та обмінно-закріплений сильномагнітні шари, f — слабко магнітний прошарок з точкою Кюрі поблизу кімнатної температури. В залежності від магнітного стану спейсера f (феромагнітний чи парамагнітний) обмінна взаємодія між шарами F₁ і F₂pin стає функцією температури, що відкриває широкі можливості для практичних застосувань. Отримані результати показують, що міжшарова обмінна взаємодія може бути підсилена або шляхом зменшення товщини спейсера d, або шляхом зниження температури. Підсилення обмінного зв’язку призводить до сильнішого прояву однонаправленої анізотропії в феромагнітному резонансі шару F₁, а також до нетипового для тонких плівок уширення резонансних ліній. Виявлені особливості аналізуються в контексті порівняння двох ефектів різної природи — впливу товщини спейсера d і температури. Так, характер зміни магнітної анізотропії залишається однаковим при зміні як товщини спейсера, так і температури. Однак уширення лінії магнітного резонансу виявляється більш чутливим до зміни міжшарової взаємодії, спричиненої варіацією d, і менш чутливим до змін, спричинених зміною температури. This study is a comprehensive analysis of a multilayer F₁/f( d)/F₂pin structure's magnetic resonance properties, wherein F₁ and F₂pin are the free and exchange-coupled strong magnetic layers, and f is the weakly magnetic layer with a Curie point in the room temperature region. Depending on the magnetic state of the spacer f (ferromagnetic or paramagnetic) the exchange interaction between the F₂ and F₂pin layers becomes a function of the temperature, which opens up opportunities for practical applications. The obtained results show that the interlayer exchange coupling can be enhanced by decreasing the thickness of the spacer d, or by lowering the temperature. Strengthening the exchange coupling leads to a stronger manifestation of unidirectional anisotropy in the ferromagnetic resonance layer F ₁, as well as to a broadening of the resonance line that is atypical for thin films. The observed features are analyzed in the context of comparing the effects of two different natures: the influence of the spacer d and the influence of the temperature. Thus, the behavior of changes to the unidirectional anisotropy remains the same given variation of both the thickness of the spacer and the temperature. However the broadening of the magnetic resonance line is more sensitive to changes in the interlayer interaction caused by variation of d, and is less susceptible to changes caused by temperature.
first_indexed	2025-12-07T17:46:37Z
format	Article
fulltext	Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9, c. 972–980 Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием Д.М. Полищук1,2, Ю.О. Тихоненко-Полищук1, А.Ф. Кравец1,2, А.И. Товстолыткин1, Ю.И. Джежеря1, А.Н. Погорелый1, V. Korenivski2 1Институт магнетизма НАН Украины и МОН Украины, бульв. Вернадского, 36-б, г. Киев, 03680, Украина 2Nanostructure Physics, Royal Institute of Technology, SE-106 91 Stockholm, Sweden E-mail: atovmail@gmail.com Статья поступила в редакцию 20 апреля 2016 г., опубликована онлайн 25 июля 2016 г. Выполнен комплексный анализ магнитно-резонансных свойств многослойной структуры F1/f(d)/F2pin, где F1 и F2pin — свободный и обменно-закрепленный сильномагнитные слои, f — слабомагнитная про- слойка с точкой Кюри в окрестности комнатной температуры. В зависимости от магнитного состояния спейсера f (ферромагнитное или парамагнитное) обменное взаимодействие между слоями F1 и F2pin ста- новится функцией температуры, что открывает широкие возможности для практических применений. Полученные результаты показывают, что межслойная обменная связь может быть усилена или путем уменьшения толщины спейсера d, или путем понижения температуры. Усиление обменной связи приво- дит к более сильному проявлению однонаправленной анизотропии в ферромагнитном резонансе слоя F1, а также к нетипичному для тонких пленок уширению резонансных линий. Обнаруженные особенности анализируются в контексте сравнения двух эффектов различной природы — влияния толщины спейсера d и температуры. Так, характер изменения однонаправленной анизотропии остается одинаковым при варьировании как толщины спейсера, так и температуры. Однако уширение линии магнитного резонанса оказывается более чувствительным к изменению межслойного взаимодействия, вызванному вариацией d, и менее чувствительным к изменениям, вызванным изменением температуры. Виконано комплексний аналіз магнітно-резонансних властивостей багатошарової структури F1/f(d)/F2pin, де F1 і F2pin — вільний та обмінно-закріплений сильномагнітні шари, f — слабко магнітний прошарок з точкою Кюрі поблизу кімнатної температури. В залежності від магнітного стану спейсера f (феромагнітний чи парамагнітний) обмінна взаємодія між шарами F1 і F2pin стає функцією температури, що відкриває широкі можливості для практичних застосувань. Отримані результати показують, що міжшарова обмінна взаємодія може бути підсилена або шляхом зменшення товщини спейсера d, або шляхом зниження температури. Підсилення обмінного зв’язку призводить до сильнішого прояву однонаправленої анізотропії в феромагнітному резонансі шару F1, а також до нетипового для тонких плівок уширення резонансних ліній. Виявлені особливості аналізуються в контексті порівняння двох ефектів різної природи — впливу товщини спейсера d і температури. Так, характер зміни магнітної анізотропії залишається однаковим при зміні як товщини спейсера, так і температури. Однак уширення лінії магнітного резонансу виявляється більш чутливим до зміни міжшарової взаємодії, спричиненої варіацією d, і менш чутливим до змін, спричинених зміною температури. PACS: 75.70.Cn Магнитные свойства интерфейсов (многослойные пленки, интерфейсы, гетероструктуры); 75.75.–c Магнитные свойства наноструктур; 76.50.+g Ферромагнитный, антиферромагнитный и ферримагнитный резонансы, спин-волновой резонанс. Ключевые слова: магнитная многослойная структура, обменное взаимодействие, ферромагнитный резо- нанс, магнитное затухание, разбавленный ферромагнитный сплав, переключатель Кюри. © Д.М. Полищук, Ю.О. Тихоненко-Полищук, А.Ф. Кравец, А.И. Товстолыткин, Ю.И. Джежеря, А.Н. Погорелый, V. Korenivski, 2016 Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием 1. Введение Магнитные наноструктуры, среди которых особое ме- сто занимают спиновые вентили и магнитные туннель- ные контакты, являются неотъемлемыми элементами современных устройств спинтроники [1,2]. Однако уси- ливающиеся требования к микроминиатюризации при- водят к необходимости дальнейшего уменьшения ла- теральных размеров указанных наноструктур и переходу к элементам субмикронного размера. Как следствие, классический способ управления магнитной конфигурацией структуры с помощью внешнего маг- нитного поля сталкивается с рядом серьезных проблем, включающих проблему локализации магнитного поля в малом (наномасштабном) объеме, проблему устойчи- вости магнитной конфигурации при переключении и т.п. В результате на передний план выходит необходи- мость разработки альтернативных способов управле- ния магнитным состоянием системы, среди которых наиболее перспективными выступают спин-трансфер- ный (spin-transfer torque) эффект [3] и температурно- индуцируемое (thermally assisted) перемагничивание [4]. В рамках последнего направления была предложе- на система типа «переключатель Кюри (Curie switch)», где в центральной функциональной части, а именно в трехслойной структуре F1/спейсер/F2, было предложе- но использовать разбавленный ферромагнетик (f) вме- сто немагнитного спейсера (здесь F1 и F2 — ферромаг- нитные слои наноструктуры) [5,6]. Недавние эксперименты показали, что использова- ние переключателя Кюри существенно расширяет функциональные возможности магнитных нанострук- тур благодаря возможности температурного управле- ния их магнитными свойствами [5,7]. В этих структу- рах связь между внешними ферромагнитными слоями F1 и F2 зависит от того, будет ли температура (Т) выше или ниже температуры Кюри спейсера ( .)f CT В области низких температур ( )f CT T< обменное взаимодействие через спейсер способствует параллельной ориентации магнитных моментов M1 и M2 слоев F1 и F2. При вы- соких температурах, когда ,f CT T> слои F1 и F2 полно- стью развязаны, и их взаимную ориентацию можно легко изменять с помощью внешнего магнитного поля H. Таким образом, для наноструктуры, помещенной в адекватно подобранный диапазон полей Н, изменение температуры может привести к переключению между параллельной (P) и антипараллельной (AP) взаимной ориентацией магнитных моментов M1 и M2. С учетом растущего интереса к термомагнитным системам запи- си [8,9], магнитным сенсорам и осцилляторам [10,11] исследования, касающиеся разработки функциональ- ных элементов на основе предложенной системы, ста- новятся все более актуальными. Ключевым элементом переключателя Кюри F1/f/F2 является слабоферромагнитный спейсер f, поскольку его магнитное состояние служит критическим пара- метром, определяющим возникновение связи между сильноферромагнитными слоями F1 и F2. Разбавлен- ный ферромагнитный сплав NixCu1–x представляется серьезным кандидатом в качестве материала спейсера f, поскольку его номинальная температура Кюри f CT практически линейно зависит от концентрации Ni [12,13]. Изменение концентрации Ni от 50 до 100 ат. % приводит к возрастанию температуры f CT от 0 до 627 К [14]. Последнее дает возможность задавать температу- ру Кюри спейсера в процессе получения структуры [15], позволяя таким образом целенаправленно управ- лять параметрами системы. В работах [5,16] экспериментально исследованы свойства системы Py/NixCu1–x/Co90Fe10/Mn80Ir20, где концентрация Ni в спейсере составляет 35–72 ат. %. Антиферромагнитный слой Mn80Ir20 в такой структу- ре создает обменное закрепление (exchange bias) маг- нитного момента M2 ферромагнитного слоя Co90Fe10. Результаты данных работ успешно подтвердили предложенную идею переключателя Кюри, где Р–АР переключение взаимной ориентации M1 и M2 осуще- ствлялось посредством изменения температуры. По- следующее изучение динамических магнитных свойств структуры с использованием ферромагнитного резо- нанса (ФМР) позволило обнаружить сильное влияние межслойного обменного взаимодействия на резонанс- ные свойства слоев F1 и F2 [17,18]. На основе постро- енной в работах [17,18] феноменологической модели были получены физические параметры и сделаны важ- ные выводы о механизме межслойного взаимодействия между F1 и F2, а также об особенностях его проявления в спектрах ФМР. Однако в работах [17,18] анализ главным образом концентрировался на эффектах, вы- званных изменением толщины спейсера, и меньше внимания было уделено проявлениям температурного изменения межслойного взаимодействия. В отличие от предыдущих работ, в данной работе выполнен комплексный анализ резонансных свойств переключателя Кюри, а именно проведен анализ изме- нений магнитной анизотропии и особенностей дина- мических свойств отдельного ферромагнитного слоя в зависимости от интенсивности межслойного взаимо- действия. При этом усиление межслойного обмена имеет два источника — понижение температуры и уменьшение толщины спейсера, что дополнительно вносит еще один важный аспект в рассмотрение про- цессов. Таким образом, по отношению к предыдущим работам, данная работа носит обобщающий характер, касающийся результатов исследования ФМР в нано- структурах с температурно-регулируемым межслой- ным взаимодействием. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9 973 Д.М. Полищук и др. 2. Детали эксперимента В настоящей работе исследуется серия образцов Py(10 нм)/Ni54Cu46(d)/Co90Fe10(5 нм)/Mn80Ir20(12 нм) с d = 3; 4,5; 6 и 9 нм. Обозначим образцы F1/f(d)/F2pin, где свободный F1, слабомагнитный f(d) и закрепленный F2pin слои соответствуют Py, Ni54Cu46(d) и Co90Fe10. Об- разцы изготовлены методом магнетронного напыления при комнатной температуре на термично окисленные подложки кремния с помощью камеры напыления AJA Orion, которая позволяет использовать до 8 разных мишеней одновременно [5,16]. Для создания обменно- го закрепления между ферромагнитным Co90Fe10 и антиферромагнитным Mn80Ir20 слоями осаждение многослойных структур проводилось во внешнем магнитном поле Hdep ≈ 0,6 кЭ, приложенном в плос- кости подложки. Как будет показано в дальнейшем, использованная методика изготовления образцов при- водит к появлению однонаправленной (unidirectional) анизотропии в ферромагнитном слое F2pin, которая в расчетах легко моделируется введением поля подмаг- ничивания Hb (exchange bias field). Дополнительный эффект напыления в магнитном поле — возникновение слабой одноосной (uniaxial) анизотропии в обоих слоях [17], которую также необходимо учитывать в процессе анализа данных. Дополнительно были изготовлены контрольные об- разцы: тонкие пленки Py (10 нм), Co90Fe10 (5 нм) и двухслойная структура Co90Fe10(5 нм)/Mn80Ir20(12 нм). Измерения спектров ферромагнитного резонанса выполнены с помощью спектрометра Bruker ELEXSYS E500, оснащенного температурной приставкой и авто- матическим гониометром. Измерения проводились на образцах размерами 3×3 мм на постоянной частоте f = = 9,46 ГГц. Угловые зависимости спектров ФМР полу- чены в плоскости тонкопленочной многослойной структуры при температурах 120, 180, 240 и 293 К. 3. Результаты и обсуждение 3.1. Исследование ФМР: трансформация угловых зависимостей резонансного поля и ширины линии На рис. 1 показаны типичные спектры ФМР для свободного слоя F1 многослойной структуры F1/f(d)/F2pin, измеренные при комнатной температуре и при T = 120 К. Спектры приведены для двух ориента- ций внешнего магнитного поля: вдоль (ϕ = 0°) и про- тив (ϕ = 180°) направления Hb. Как показано на рис. 1, положение резонансной линии слоя F1 (Py) зависит от температуры, а также изменяется в зависимости от угла (см. кривые при T = 120 К). Температурное сме- щение линии резонанса Py при постоянном угле ϕ пре- имущественно связано с изменением намагниченности [19], тогда как смещение положения линии при разных углах отображает магнитную анизотропию слоя [20]. Таким образом, показанные на рис. 1 спектры содер- жат информацию о температурных изменениях намаг- ниченности и анизотропии свободного слоя F1, что и является предметом дальнейшего анализа. Ферромагнитный резонанс для закрепленного слоя F2pin в используемой конфигурации измерений наблюда- ется в области меньших магнитных полей (Hr2 < 800 Э) за счет бóльшей намагниченности Co90Fe10 [17–20]. Так как эффекты межслойного взаимодействия в наи- большей степени проявляются в резонансном поведе- нии свободного слоя, дальше приводятся и анализиру- ются результаты ФМР именно для F1. Резонансные свойства закрепленного слоя F2pin детально обсужда- лись в работе [17]. Полученные спектры обработаны путем подгонки (fitting) линии дайсоновской формы [17,21,22] к экспе- риментальным резонансным линиям. Относительная погрешность такого описания составила менее 1%. На основе проведенной обработки получены угловые за- висимости резонансного поля (рис. 2(а)) и ширины линии (рис. 2(б)) при различных температурах для всех исследуемых образцов. Рис. 1. Характерные спектры ФМР свободного слоя F1 для образца F1/f(6 нм)/F2pin, измеренные при комнатной темпера- туре и при T = 120 К. Для каждой выбранной температуры приведены спектры с ориентацией внешнего магнитного поля вдоль (ϕ = 0º) и против (ϕ = 180º) направления Hb. На вставке изображена конфигурация измерений в плоскости многослойной структуры, где стрелка Hb обозначает направ- ление обменного закрепления слоя F2pin. 974 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9 Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием Угловые зависимости резонансного поля Hr1(ϕ) для структуры с наибольшей толщиной спейсера в серии (d = 9 нм) проявляют 180-градусную симметрию, что отображает наличие в слое Py слабой магнитной ани- зотропии типа «легкая ось» для всех выбранных темпера- тур вплоть до 120 К (на рис. 2(а) приведена только угло- вая зависимость при комнатной температуре). Данный вклад в магнитную анизотропию также проявляется на зависимостях Hr1(ϕ) и для других образцов. Наличие одноосной анизотропии в слое F1 связано с осаждени- ем многослойных структур во внешнем магнитном поле. Это было показано в отдельном эксперименте на тонких пленках Py (10 нм), осажденных в магнитном поле и без поля. Однако для этого и других образцов с уменьшением толщины спейсера d и понижением тем- пературы все более выраженным становится проявле- ние однонаправленной анизотропии. Например, для структуры с d = 6 нм при комнатной температуре все еще преобладает одноосная анизотропия, но с пониже- нием температуры начинает доминировать вклад од- нонаправленной анизотропии. В то же время для структуры с d = 3 нм сильная однонаправленная анизо- тропия характерна уже при комнатной температуре. Выше было отмечено, что появление однонаправ- ленной анизотропии в F2pin — результат обменной свя- зи данного слоя с прилегающим антиферромагнетиком Mn80Ir20. Однако в F1 такой вид анизотропии может возникнуть лишь при наличии взаимодействия между F2pin и F1 [17]. Угловые зависимости ширины линии Δ1(ϕ) также существенно трансформируются при изменении тол- щины спейсера d и температуры (см. рис. 2(б)). Так, для структуры с d = 9 нм зависимость Δ1(ϕ) проявляет 90-градусную периодичность, которая наблюдается на угловых зависимостях и для других образцов. Но с уменьшением толщины d и/или понижением темпера- туры на зависимостях Δ1(ϕ) все более выразительно проявляется дополнительный эффект: при приближе- нии ориентации внешнего поля к направлению, проти- воположному направлению Hb (ϕ = 180°), ширина ре- зонансной линии значительно увеличивается. Данная тенденция коррелирует с описанным выше характером изменений магнитной анизотропии в слое F1. Базируясь на данных предыдущих работ [17,18], обнаруженные изменения в зависимостях Hr1(ϕ) и Δ1(ϕ) можно связать c усилением обменного взаимо- действия между свободным F1 и закрепленным F2pin слоями через слабомагнитный спейсер f. Основы фе- номенологической модели для описания обнаружен- ных эффектов, разработанные в работе [17], будут обобщены в настоящей статье. Построение такой мо- дели позволяет удовлетворительно описать экспери- ментальные зависимости Hr1(ϕ) и Δ1(ϕ) (сплошные линии на рис. 2(a), (б) — рассчитанные угловые зави- симости) и получить параметры, характеризирующие магнитное состояние исследуемой системы в зависи- мости от толщины спейсера и температуры. Ключевые моменты и важные детали используемой физической модели обсуждаются ниже. 3.2. Феноменологическая модель Рассмотрим многослойную тонкопленочную систе- му F1/f/F2pin, где слабоферромагнитный спейсер f на- ходится между магнитомягким слоем F1 и магнитоже- стким слоем F2pin. Слой F2pin обменно связан с прилегающим к нему антиферромагнетиком. Толщину слоев F1, F2pin и f обозначим L1, L2 и d соответственно. Рассмотрим конфигурацию ФМР измерений, когда внешнее магнитное поле H находится в плоскости пленки. Соответствующая система координат показана на вставке к рис. 1, где ϕ — азимутальный угол, за- дающий ориентацию H в плоскости пленки. Кратко рассмотрим основные положения модели, детальное построение и обсуждение которой приво- дится в работах [17,18]. Ключевым элементом модели выступает плотность полной энергии w системы F1/f/F2pin, выражение для которой можно условно раз- бить на три части: Рис. 2. Угловые зависимости резонансного поля (а) и шири- ны линии (б), полученные в результате обработки экспери- ментальных спектров для серии образцов F1/f(d)/F2pin (d = 3; 4,5; 6 и 9 нм) при температурах T = 293, 240, 180 и 120 К. Сплошные линии — рассчитанные угловые зависимости с использованием модели, описанной в тексте. Зависимости на панели (б), измеренные при низких температурах, несколько смещены вверх по оси ординат для лучшего зрительного восприятия. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9 975 Д.М. Полищук и др. 1 1 ua 2 2 b( , , ) ( , , ) ( , , )fw w H M H w H M H w d m= + + Λ . (1) Здесь 2 2* 1 1 ua 1 1 1cos sinw w H M= + θϕ и * 2 2w w= + 2 2 2cos sinbH M+ ϕ θ задают выражения для плотности энергии свободного F1 и закрепленного F2pin слоев соответственно; * dem–i i iw = +M H M H — энергия маг- нитостатического взаимодействия момента iM (i = 1, 2) с внешним полем H и полем размагничивания demH (для тонкой пленки dem 4 ( ,)i s s= π ⋅H M n n где sn — нормаль к поверхности структуры). uaH и bH — эф- фективные поля одноосной и однонаправленной ани- зотропии, действующие в слоях F1 и F2pin соответст- венно, iϕ — угол отклонения намагниченности iM от оси x в плоскости пленки, iθ — угол отклонения iM от нормали sn . Третье слагаемое в правой части (1), fw = 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2[( ) ( ) ] / [4 2 ( )],m d L L= πΛ ϕ −ϕ + θ −θ + харак- теризирует энергию связи между F1 и F2pin через сла- бомагнитный спейсер f. Детали вывода и пределы применимости выражения для fw изложены и обсуж- дены в работе [17]. Основными параметрами здесь вы- ступают эффективная намагниченность спейсера m и магнитная обменная длина (magnetic exchange length) Λ. Последняя характеризует баланс между обменной и магнитостатической энергией и определяется как Λ = /4= α π , где α — обменная константа материала спейсера [17,23]. Следует отметить, что применимость рассматриваемой модели подразумевает условие Λ >> d. Последнее приводит к введению важного параметра — эффективной константы межслойной связи 2 24 i i i m d L M πΛ κ = , (2) которая имеет размерность магнитного поля и харак- теризует действие соседних слоев на i-й слой [17]. Так как при изготовлении структур было выполне- но условие 1 1 2 2 ,M L M L= в дальнейшем будем ис- пользовать только один параметр связи: 1 2 .κ= κ = κ В выражение (2) входит намагниченность спейсера m, которая чувствительна к относительно небольшим температурным изменениям вблизи .f CT Таким обра- зом, обменное взаимодействие между слоями F1 и F2pin можно эффективно контролировать, изменяя темпера- туру в области .f CT Следует отметить, что параметры m и f CT — эффективные параметры вследствие дейст- вия эффекта близости в спейсере, вызванного приле- гающими ферромагнитными слоями [5,16]. Последующее развитие формализма дает возмож- ность получить следующее выражение для условия резонанса в свободном слое F1: 2 2 A1 B2 B1 A2 A1 B1 A1 B1 A2 B2 ( )( ) 1 – H H H HH H H H H H Hω  + + = + κ +    , (3) где A1 1 ua 1(cos – cos) 2HH H H= ϕ ϕ + ϕ + κ и 2 B1 1 ua 1 1cos – cos 4( )HH H H M= ϕ ϕ + ϕ + π + κ не со- держат параметров, характеризующих слой F2pin, и опре- деляют условия резонанса в слое F1 в случае очень сла- бой межслойной связи, т.е. когда вторым слагаемым в правой части выражения (3) можно пренебречь ( )0 .κ → Напротив, A2 2 2cos –( ) cosH bH H H= ϕ ϕ + ϕ + κ и B2H = 2 2 2cos – cos ( ) 4H bH H M= ϕ ϕ + ϕ + π + κ содержат сла- гаемые с bH и 2M . Именно эти слагаемые отвечают за проявление однонаправленной анизотропии в слое F1 в том случае, когда межслойным взаимодействием пре- небрегать нельзя (ненулевое значение κ , необходи- мость учета второго слагаемого в правой части выра- жения (3)). 2 / ,H fω = π γ где f — частота микроволнового излучения, γ — гиромагнитное отношение. Использование условия (3) для нахождения угловой зависимости резонансного поля подразумевает нахож- дение равновесных углов намагниченности свободного и закрепленного слоев, 1ϕ и 2ϕ . Как показано в [17], при заданной конфигурации измерений с достаточно хорошей точностью можно положить 1 ,Hϕ = ϕ = ϕ 2 – / n) .( siH b HH Hϕ = ϕ ϕ Используя эти выражения и условие (3), в рамках данной модели становится воз- можным выполнить расчет угловых зависимостей 1 ).(rH ϕ Результаты расчетов показаны на рис. 2(а) сплошными линиями. Анализ угловых зависимостей резонансного поля 1rH позволяет получить информацию о характере изменения магнитной анизотропии в слое F1 при изменении меж- слойного взаимодействия. Хорошо видно, что усиление межслойного взаимодействия в системе F1/f/F2pin прояв- ляется на зависимостях 1( )rH ϕ как появление и уси- ление однонаправленной анизотропии. Поскольку изме- нение однонаправленной анизотропии приводит к изменению разницы между резонансными полями, из- меренными вдоль и против bH , в дальнейшем удобно использовать параметр * 1 1 118( )0 – 0( )r r rH H H∆ =   в качестве количественной меры однонаправленной анизо- тропии. Этот параметр легко определяется из экспери- ментальных данных и достаточно легко поддается теоре- тическому описанию. Так, используя выражение (3), можно получить * 2 * 1r bH H∆ = κ Φ , (4) где Φ — некоторая слабо изменяющаяся функция M1, M2 и κ . Вторым важным параметром, на котором сказыва- ется эффект межслойного взаимодействия, является ширина резонансной линии 1∆ . На основе разработан- ного формализма (см. [18]) было получено следующее выражение для описания вклада, обусловленного свя- зью между слоями F1 и F2pin: 976 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9 Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием 1 1 2coupl 1 21 1 1 2 1 1 2 1 1 1 4 2 1 cos r r b r H M M M H H HM M H ω    − −  ∆ π κ   = α −α +      − + ϕ    2 1 1 1 2 2 2 1 2 2 2 1 1 2 1 1 1 4 1 cos r r r b r H H M M M M H HM M H   + − −  π π κ  + α       − + ϕ    , (5) где 1α и 2α — гильбертовы константы затухания (Gilbert damping parameters) в слоях F1 и F2pin. Выражение (5) можно использовать для расчета уг- ловых зависимостей coupl 1∆ , причем сначала для каждо- го угла ϕ необходимо найти значение резонансного поля Hr1 по описанной выше процедуре. За проявление меж- слойного взаимодействия на зависимостях coupl 1 ( )∆ ϕ отвечают второе и третье слагаемые в выражении (5), которые принимают максимальные значения, когда внешнее поле H направлено против поля .bH Анализ знаменателя в этих выражениях показывает, что в приближенной форме он отображает разность между резонансными полями слоев F1 и F2pin, т.е. чем ближе резонансные поля, тем сильнее процессы взаимного влияния слоев. Выше было отмечено, что при выбран- ных в исследуемых структурах параметрах слоев F1 и F2pin резонансное поле второго слоя, 2 ,rH всегда меньше, чем 1rH (рассматривается конфигурация изме- рений, когда поле H параллельно плоскости пленки). Однако поскольку 2rH проявляет сильную однона- правленную анизотропию вследствие обменного взаи- модействия с прилегающим антиферромагнетиком, раз- ница между 1rH и 2rH становится минимальной, когда ϕ = 180° [17]. Таким образом, влияние F2pin на процес- сы в F1, в том числе и на диссипацию энергии, будет максимальным при ϕ = 180°. В дальнейшем для количественной характеристики анизотропного поведения ширины линии 1∆ будем использовать параметр 1 1 1180 –( ( )) 0 .∆ = ∆ ∆  Как сле- дует из (5), разработанная теория дает следующее вы- ражение для вклада в * 1∆ , обусловленного межслойной связью: coupl 21 * 1 2 1 2 1( ( / ) ) 2Hω ∆ = −Φ + α α Φ α κ , (6) где * 1Φ и * 2Φ — функции, слабо зависящие от M1, M2 и Hb. Точный вид функций * 1Φ и * 2Φ можно вывести на основе выражения (5), однако это не является целью данной работы. 3.3. Обсуждение результатов Рассчитанные угловые зависимости резонансного поля 1( )rH ϕ и ширины линии 1( )∆ ϕ для свободного слоя F1 в исследуемой структуре F1/f(d)/F2pin показаны на рис. 2 сплошными линиями. Достаточно хорошее соответствие между рассчитанными и эксперимен- тальными данными (максимальное относительное от- клонение < 1%) говорит о применимости построенной модели не только для качественного описания, но и для определения количественных характеристик. При расчете угловых зависимостей резонансного поля 1( )rH ϕ часть параметров (M1, M2, Hua, Hb), ха- рактеризующих свободный F1 и закрепленный F2pin слои, была получена из результатов независимых маг- нитометрических измерений на структурах F1/f(d)/F2pin (см. работы [16,17]), а также из исследования ФМР на контрольных образцах. Намагниченность M1 и эффективное поле одноосной анизотропии Hua слоя F1 проявляют слабую зависимость от температуры: M1 = 520 (600) эме/см3 и Hua = 5 Э (7 Э) при T = 293 К (120 К). Намагниченность M2 приблизительно равна 1590 эме/см3 и в рассматриваемом интервале температур приблизительно постоянна для всех образцов. Поле об- менного закрепления Hb, действующее на M2, отличается для образцов с разной толщиной d, но проявляет сравни- тельно слабую зависимость от температуры [17]. Величины Λ и m(T) выступали в качестве свобод- ных параметров и были найдены путем подгонки рас- считанных зависимостей 1( )rH ϕ к эксперименталь- ным данным (рис. 2(a)). Магнитная обменная длина материала спейсера Λ оказывается постоянной для всех образцов серии, причем полученное значение Λ ≈ 11 нм удовлетворяет условию Λ > d, что подтверждает при- менимость модели в нашем случае. Значения эффек- тивной намагниченности спейсера m = 84 (110), 53 (81) и 43 (66) эме/см3 получены для структур с d = 3; 4,5 и 6 нм соответственно при температуре T = 293 (120) К. Для сравнения отметим, что намагниченность насыще- ния объемного сплава Ni54Cu46 при температуре абсо- лютного нуля составляет 120 эме/см3 [5]. Параметры, определенные из анализа поведения 1( )rH ϕ , дают возможность рассчитать угловые зави- симости ширины линии 1( )∆ ϕ , а также различные вклады в 1∆ . Основные особенности трансформации профиля 1( )∆ ϕ , вызванные изменением толщины d и/или температуры, достаточно хорошо описываются формулой (5). Однако в расчетах также учтено допол- нительное уширение линии вследствие наличия неод- нородных вкладов — разброса по полю одноосной анизотропии Hua (∼ 20%) и разброса по величине эф- фективной константы связи κ (∼ 5%). Другие неодно- родные вклады, такие как разброс по модулю или ори- ентации намагниченности M1, оказались пренебрежимо малыми. Как результат, выражение для суммарной ширины линии имеет вид ua coupl 1 1( ) ( ) ( ) ( ),H κ∆ ϕ = ∆ ϕ + ∆ ϕ + ∆ ϕ Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9 977 Д.М. Полищук и др. где второе и третье слагаемые выражают дополнитель- ное уширении линии за счет разброса Hua и κ соответ- ственно. Так, неоднородное уширение ua ( )H∆ ϕ обу- словливает 90-градусную периодичность пиков, наблюдаемую на угловой зависимости 1( )∆ ϕ для структуры F1/f(9 нм)/F2pin (см. рис. 2(б)), поскольку в этом случае, за счет малости κ , coupl 1 1 cons ,( t)∆ ϕ ≈ α = .( ) 0κ∆ ϕ ≈ В свою очередь ( )κ∆ ϕ отвечает за условное плато на зависимостях 1( )∆ ϕ в диапазоне углов от −45° до 45°, например, для структуры F1/f(3 нм)/F2pin. Полученное в результате расчетов значение константы затухания 1α ≈ 0,02 для свободного слоя F1 соответству- ет типичным значениям α = 0,006–0,02 для тонких пле- нок Py [7,24,25]. При этом рассчитанное значение 1α не зависит от температуры и слабо зависит от толщины спейсера. В свою очередь, отношение 2 1/α α проявляет определенную зависимость от толщины спейсера. На рис. 3 приведены температурные зависимости параметров * 1rH∆ (a) и * 1∆ (б). На всех кривых панелей (a) и (б) хорошо выражена тенденция к увеличению * 1rH∆ и * 1∆ с понижением температуры. Согласно (4) и (6), * 1rH∆ и * 1∆ пропорциональны 2κ , где константа связи пропорциональна m2 (см. (2)). При этом другие параметры, входящие в выражение для κ , слабо зави- сят от температуры в рассматриваемом интервале. Использование формулы (4) дает возможность оп- ределить характер температурного изменения намаг- ниченности спейсера из данных * 1( ).rH T∆ Символами на рис. 3(в) показаны нормированные температурные зависимости намагниченности спейсера, полученные из данных рис. 3(a). Зависимости нормированы на зна- чение намагниченности (m0) при нижайшей темпера- туре, используемой в измерениях (T = 120 К). Сплош- ными линиями на этом же рисунке показаны температурные зависимости m/m0, рассчитанные в со- ответствии с процедурой, описанной в работе [17]. Удовлетворительное соответствие полученных данных подтверждает согласованность рассматриваемого под- хода при моделировании как температурных, так и угловых зависимостей резонансного поля 1rH . Следует отметить важную особенность. Эффектив- ные магнитные параметры спейсера (намагниченность насыщения и температура Кюри) оказываются зависи- мыми от толщины спейсера и отличаются от значений, характерных для объемных образцов Ni54Cu46. Как отмечалось в работах [16,17], причина этого — влия- ние соседних ферромагнитных слоев F1 и F2pin вслед- ствие эффекта близости [5]. Из данных рис. 3 следует, что понижение темпера- туры и уменьшение толщины спейсера приводят к уве- личению * 1rH∆ и * 1∆ . Это согласуется с формулой (2), которая показывает, что оба эффекта (понижение тем- пературы и уменьшение толщины спейсера) приводят к увеличению константы связи κ . Однако, как видно из формул (4) и (6), на поведение * 1rH∆ и * 1∆ влияют также другие параметры, в частности, значение Hb и отноше- ние 2 1/α α . Анализ зависимостей * 1( )rH∆ κ и * 1 ( )∆ κ по- зволяет более детально определить характер влияния различных параметров наноструктуры F1/f(d)/F2pin на анизотропное поведение резонансного поля и ширины линии для слоя F1. Как видно на рис. 4(a), экспериментальные точки * 1( )rH∆ κ достаточно хорошо ложатся на прямую ли- нию, хотя, согласно выражению (4), данная зависи- мость должна носить квадратичный характер. Следует, однако, отметить, что формула (4) также содержит эф- фективное поле bH . Как было показано в работе [5], зависимость ( )bH κ имеет вид, показанный на вставке к рис. 4(а). Учет в модельных расчетах зависимости bH от κ позволяет объяснить приблизительно линей- ный характер * 1( )rH∆ κ . В отличие от поведения * 1( )rH∆ κ , эксперименталь- ные зависимости * 1 ( )∆ κ для структур с разной толщи- ной d не лежат на одной линии (рис. 4(б)). Однако для Рис. 3. Температурные зависимости параметров * 1rH∆ = 1 1(180 ) ( )– 0r rH H=  (a) и * 1 1 1(180 0) ( )–∆ = ∆ ∆  (б), по- лученные путем обработки экспериментальных данных рис. 2(a) и 2(б) соответственно. Символами на панели (в) показана нормированная температурная зависимость эффективной намагниченности спейсера, рассчитанная из эксперимен- тальных данных панели (a). Линиями на панели (в) показаны температурные зависимости m/m0, рассчитанные в соответ- ствии с процедурой, описанной в работе [17]. 978 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9 Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием структур с одной и той же толщиной спейсера темпе- ратурные изменения * 1 ( )∆ κ описываются квадратич- ной зависимостью от κ , что согласуется с формулой (6). Учет зависимости 2 1/α α от толщины спейсера d (см. вставку к рис. 4(б)) позволяет удовлетворительно опи- сать экспериментальные данные для образцов с различ- ными значениями d (пунктирные кривые на рис. 4(б) — расчетные зависимости). Заключение Исследование ферромагнитного резонанса в много- слойной структуре F1/f(d)/F2pin (d = 3; 4,5 и 6 нм) по- зволило сравнить характер влияния изменения толщи- ны спейсера f и температуры на магнитное состояние системы. С уменьшением толщины d и/или понижени- ем температуры угловые зависимости резонансного поля для свободного слоя F1, 1 ),(rH ϕ свидетельствуют о появлении и усилении однонаправленной анизотро- пии. В свою очередь, на угловых зависимостях шири- ны линии, 1( ),∆ ϕ наблюдается нетипичное для тонких пленок анизотропное уширение линии, которое также зависит от d и T. Построенная феноменологическая модель успешно описывает обнаруженное поведение, подтверждением чему есть хорошее соответствие меж- ду рассчитанными и экспериментальными зависимостя- ми 1( )rH ϕ и 1( ).∆ ϕ Согласно модели, причиной данных изменений выступает усиление обменного взаимодейст- вия между слоями F1 и F2pin, когда спейсер f переходит в ферромагнитное состояние. Ключевой параметр в данном случае — константа межслойного обмена κ , которая за- висит как от температуры T, так и от толщины d. Исполь- зуя κ в качестве обобщающего параметра, сделан вывод, что влияние двух параметров d и T на магнитную анизо- тропию сильномагнитного слоя носит взаимозаменяемый характер. Однако характер влияния изменений парамет- ров d и T на уширение линии магнитного резонанса ока- зывается различным. Работа выполнена при финансовой поддержке Национальной академии наук Украины (проекты №№ 0115U00974 и 0115U003536), Министерства обра- зования и науки Украины (совместный проект Украи- на–Индия № 0116U004298), Swedish Stiftelse Olle Engkvist Byggmastare и the Swedish Research Council (грант VR 2014-4548). 1. J. Nogues, J. Sort, V. Langlais, V. Skumryev, S. Suriñach, J.S. Muñoz, and M.D. Baró, Phys. Rep. 422, 65 (2005). 2. А.М. Погорiлий, С.М. Рябченко, О.I. Товстолиткiн, Укр. фiз. журн. Огляди. 6, 37 (2010) [A.M. Pogorily, S.M. Ryabchenko, and A.I. Tovstolytkin, Ukr. J. Phys. Rev. 6, 37 (2010)]. 3. A. Brataas, A.D. Kent, and H. Ohno, Nature Mater. 11, 372 (2012). 4. J. Nogues and Ivan K. Schuller, JMMM 192, 203 (1999). 5. A.F. Kravets, A.N. Timoshevskii, B.Z. Yanchitsky, M.A. Bergmann, J. Buhler, S. Andersson, and V. Korenivski, Phys. Rev. B 86, 214413 (2012). 6. S. Andersson and V. Korenivski, J. Appl. Phys. 107, 09D711 (2010). 7. S. Andersson and V. Korenivski, IEEE Trans. Magn. 46, 2140 (2010). 8. M. Ohkoshi, K. Tamari, M. Harada, S. Honda, and T. Kusuda, IEEE Trans. Magn. Japan 1, 37 (1985). 9. M.N. Baibich, J.M. Broto, A. Fert, F. Nguyen Van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, and A. Friederich, Phys. Rev. Lett. 61, 2472 (1988). 10. G.A. Prinz, Science 282, 1660 (1998). 11. P. Grünberg, Phys. Today 54(5), 31 (2001). 12. S.K. Dutta Roy and A.V. Subrahmanyam, Phys. Rev. 177, 1133 (1969). 13. S.A. Ahern, M.J.C. Martin, and W. Sucksmith, P. Roy. Soc. Lond. A Mat. 248, 145 (1958). 14. A.F. Kravets, A.N. Timoshevskii, B.Z. Yanchitsky, O.Yu. Salyuk, S.O. Yablonovskii, S. Andersson, and V. Korenivski, JMMM 324, 2131 (2012). 15. T.J. Hicks, B. Rainford, J.S. Kouvel, and G.G. Low, Phys. Rev. Lett. 22, 531 (1969). 16. A.F. Kravets, Yu.I. Dzhezherya, A.I. Tovstolytkin, I.M. Kozak, A. Gryshchuk, Yu.O. Savina, V.A. Pashchenko, Рис. 4. Зависимость параметров * 1rH∆ (а) и *1∆ (б) от констан- ты межслойной связи κ для серии образцов F1/f(d)/F2pin (d = 3; 4,5 и 6 нм). На вставках к панелям (а) и (б) изображе- ны соответственно зависимости Hb и 2 1/α α от κ, получен- ные при комнатной температуре. Пунктирные линии на па- нелях (а) и (б) построены согласно функциональным зависимостям (4) (с учетом ( )bH κ ) и (6) (с учетом 2 1(/ )α α κ ) и служат для удобства анализа. Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9 979 http://dx.doi.org/10.1016/j.physrep.2005.08.004 http://dx.doi.org/10.1038/nmat3311 http://dx.doi.org/10.1016/S0304-8853(98)00266-2 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.86.214413 http://dx.doi.org/10.1063/1.3340509 http://dx.doi.org/10.1109/TMAG.2010.2041053 http://dx.doi.org/10.1109/TJMJ.1985.4548441 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.61.2472 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.61.2472 http://dx.doi.org/10.1126/science.282.5394.1660 http://dx.doi.org/10.1063/1.1381100 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.177.1133 http://www.jstor.org/stable/100593 http://www.jstor.org/stable/100593 http://dx.doi.org/10.1016/j.jmmm.2012.02.027 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.22.531 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.22.531 Д.М. Полищук и др. S.L. Gnatchenko, B. Koop, and V. Korenivski, Phys. Rev. B 90, 104427 (2014). 17. A.F. Kravets, A.I. Tovstolytkin, Yu.I. Dzhezherya, D.M. Polishchuk, I.M. Kozak, and V. Korenivski, J. Phys.: Condens. Matter 27, 446003 (2015). 18. A.F. Kravets, D.M. Polishchuk, Yu.I. Dzhezherya, A.I. Tovstolytkin, V.O. Golub and V. Korenivski, http://arxiv.org/abs/1604.05145 (2016). 19. C. Kittel, Phys. Rev. 73, 155 (1948). 20. A.G. Gurevich and G.A. Melkov, Magnetization Oscillations and Waves, Boca Raton, FL: CRC Press (1996). 21. F.J. Dyson, Phys. Rev. 98, 349 (1955). 22. G. Feher and A.F. Kip, Phys. Rev. 98, 337 (1955). 23. G.S. Abo, Y.-K. Hong, J. Park, J. Lee, W. Lee, and B.-C. Choi, IEEE Trans. Magn. 49, 4937 (2013). 24. A.A. Timopheev, Yu.G. Pogorelov, S. Cardoso, P.P. Freitas, G.N. Kakazei, and N.A. Sobolev, Phys. Rev. B 89, 144410 (2014). 25. Y. Tserkovnyak, A. Brataas, and G.E. Bauer, Phys. Rev. Lett. 88, 117601 (2002). Ferromagnetic resonance in nanostructures with temperature controlled interlayer interaction D.M. Polishchuk, Yu.O. Tykhonenko-Polishchuk, A.F. Kravets, A.I. Tovstolytkin, Yu.I. Dzhezherya, A.M. Pogorily, and V. Korenivski The work carries out a comprehensive analysis of magnetic resonance properties of F1/f(d)/F2pin multi- layers, where F1 and F2pin are soft and hard magnetic layers and f is a weakly magnetic spacer with the Cu- rie temperature in the vicinity of room temperature. Depending on the magnetic state of the spacer, ferro- magnetic or paramagnetic, the exchange interaction between F1 and F2pin becomes a function of tempera- ture which is attractive for a number of applications. Our results show that the interlayer exchange coupling can be enhanced either by decreasing the spacer thick- ness, d, or lowering temperature. Stronger exchange coupling results in stronger unidirectional anisotropy of the ferromagnetic resonance in F1, as well as in atypi- cal for thin films broadening of the resonance line. The observed behavior was analyzed taking into account two effects of different character — variable spacer thick- ness d and variable temperature. It is shown that the changes in the unidirectional anisotropy of the FMR spectra have a similar dependence on d and temperature. On the contrary, the FMR line broadening due to mag- netization relaxation in the system is significantly af- fected by the changes in the interlayer exchange interac- tion on varying d, and is only slightly affected by the changes in temperature. PACS: 75.70.Cn Magnetic properties of interfaces (multilayers, superlattices, heterostructures); 75.75.–c Magnetic properties of nanostruc- tures; 76.50.+g Ferromagnetic, antiferromagnetic, and ferrimagnetic resonances; spin-wave reso- nance. Keywords: magnetic multilayer, exchange coupling, ferromagnetic resonance, magnetic damping, diluted ferromagnetic alloy, Curie switch. 980 Low Temperature Physics/Физика низких температур, 2016, т. 42, № 9 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.104427 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.90.104427 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/27/44/446003 http://dx.doi.org/10.1088/0953-8984/27/44/446003 http://arxiv.org/abs/1604.05145 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.73.155 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.98.349 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRev.98.337 http://dx.doi.org/10.1109/TMAG.2013.2258028 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.89.144410 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.117601 http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.88.117601 1. Введение 2. Детали эксперимента 3. Результаты и обсуждение 3.1. Исследование ФМР: трансформация угловых зависимостей резонансного поля и ширины линии 3.2. Феноменологическая модель 3.3. Обсуждение результатов Заключение
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-129294
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0132-6414
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T17:46:37Z
publishDate	2016
publisher	Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України
record_format	dspace
spelling	Полищук, Д.М. Тихоненко-Полищук, Ю.О. Кравец, А.Ф. Товстолыткин, А.И. Джежеря, Ю.И. Погорелый, А.Н. Korenivski, V. 2018-01-18T17:38:15Z 2018-01-18T17:38:15Z 2016 Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием / Д.М. Полищук, Ю.О. Тихоненко-Полищук, А.Ф. Кравец, А.И. Товстолыткин, Ю.И. Джежеря, А.Н. Погорелый, V. Korenivski // Физика низких температур. — 2016. — Т. 42, № 9. — С. 972-980. — Бібліогр.: 25 назв. — рос. 0132-6414 PACS: 75.70.Cn, 75.75.–c, 76.50.+g https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129294 Выполнен комплексный анализ магнитно-резонансных свойств многослойной структуры F₁/f(d)/F₂pin, где F₁ и F₂pin — свободный и обменно-закрепленный сильномагнитные слои, f — слабомагнитная прослойка с точкой Кюри в окрестности комнатной температуры. В зависимости от магнитного состояния спейсера f (ферромагнитное или парамагнитное) обменное взаимодействие между слоями F₁ и F₂pin становится функцией температуры, что открывает широкие возможности для практических применений. Полученные результаты показывают, что межслойная обменная связь может быть усилена или путем уменьшения толщины спейсера d, или путем понижения температуры. Усиление обменной связи приводит к более сильному проявлению однонаправленной анизотропии в ферромагнитном резонансе слоя F₁, а также к нетипичному для тонких пленок уширению резонансных линий. Обнаруженные особенности анализируются в контексте сравнения двух эффектов различной природы — влияния толщины спейсера d и температуры. Так, характер изменения однонаправленной анизотропии остается одинаковым при варьировании как толщины спейсера, так и температуры. Однако уширение линии магнитного резонанса оказывается более чувствительным к изменению межслойного взаимодействия, вызванному вариацией d, и менее чувствительным к изменениям, вызванным изменением температуры. Виконано комплексний аналіз магнітно-резонансних властивостей багатошарової структури F₁/f(d)/F₂pin, де F₁ і F₂pin — вільний та обмінно-закріплений сильномагнітні шари, f — слабко магнітний прошарок з точкою Кюрі поблизу кімнатної температури. В залежності від магнітного стану спейсера f (феромагнітний чи парамагнітний) обмінна взаємодія між шарами F₁ і F₂pin стає функцією температури, що відкриває широкі можливості для практичних застосувань. Отримані результати показують, що міжшарова обмінна взаємодія може бути підсилена або шляхом зменшення товщини спейсера d, або шляхом зниження температури. Підсилення обмінного зв’язку призводить до сильнішого прояву однонаправленої анізотропії в феромагнітному резонансі шару F₁, а також до нетипового для тонких плівок уширення резонансних ліній. Виявлені особливості аналізуються в контексті порівняння двох ефектів різної природи — впливу товщини спейсера d і температури. Так, характер зміни магнітної анізотропії залишається однаковим при зміні як товщини спейсера, так і температури. Однак уширення лінії магнітного резонансу виявляється більш чутливим до зміни міжшарової взаємодії, спричиненої варіацією d, і менш чутливим до змін, спричинених зміною температури. This study is a comprehensive analysis of a multilayer F₁/f( d)/F₂pin structure's magnetic resonance properties, wherein F₁ and F₂pin are the free and exchange-coupled strong magnetic layers, and f is the weakly magnetic layer with a Curie point in the room temperature region. Depending on the magnetic state of the spacer f (ferromagnetic or paramagnetic) the exchange interaction between the F₂ and F₂pin layers becomes a function of the temperature, which opens up opportunities for practical applications. The obtained results show that the interlayer exchange coupling can be enhanced by decreasing the thickness of the spacer d, or by lowering the temperature. Strengthening the exchange coupling leads to a stronger manifestation of unidirectional anisotropy in the ferromagnetic resonance layer F ₁, as well as to a broadening of the resonance line that is atypical for thin films. The observed features are analyzed in the context of comparing the effects of two different natures: the influence of the spacer d and the influence of the temperature. Thus, the behavior of changes to the unidirectional anisotropy remains the same given variation of both the thickness of the spacer and the temperature. However the broadening of the magnetic resonance line is more sensitive to changes in the interlayer interaction caused by variation of d, and is less susceptible to changes caused by temperature. Работа выполнена при финансовой поддержке Национальной академии наук Украины (проекты №№ 0115U00974 и 0115U003536), Министерства образования и науки Украины (совместный проект Украина–Индия № 0116U004298), Swedish Stiftelse Olle Engkvist Byggmastare и the Swedish Research Council (грант VR 2014-4548). ru Фізико-технічний інститут низьких температур ім. Б.І. Вєркіна НАН України Физика низких температур Низкотемпеpатуpный магнетизм Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием Ferromagnetic resonance in nanostructures with temperature-controlled interlayer interaction Article published earlier
spellingShingle	Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием Полищук, Д.М. Тихоненко-Полищук, Ю.О. Кравец, А.Ф. Товстолыткин, А.И. Джежеря, Ю.И. Погорелый, А.Н. Korenivski, V. Низкотемпеpатуpный магнетизм
title	Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием
title_alt	Ferromagnetic resonance in nanostructures with temperature-controlled interlayer interaction
title_full	Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием
title_fullStr	Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием
title_full_unstemmed	Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием
title_short	Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием
title_sort	ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием
topic	Низкотемпеpатуpный магнетизм
topic_facet	Низкотемпеpатуpный магнетизм
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129294
work_keys_str_mv	AT poliŝukdm ferromagnitnyirezonansvnanostrukturahstemperaturnokontroliruemymmežsloinymvzaimodeistviem AT tihonenkopoliŝukûo ferromagnitnyirezonansvnanostrukturahstemperaturnokontroliruemymmežsloinymvzaimodeistviem AT kravecaf ferromagnitnyirezonansvnanostrukturahstemperaturnokontroliruemymmežsloinymvzaimodeistviem AT tovstolytkinai ferromagnitnyirezonansvnanostrukturahstemperaturnokontroliruemymmežsloinymvzaimodeistviem AT džežerâûi ferromagnitnyirezonansvnanostrukturahstemperaturnokontroliruemymmežsloinymvzaimodeistviem AT pogorelyian ferromagnitnyirezonansvnanostrukturahstemperaturnokontroliruemymmežsloinymvzaimodeistviem AT korenivskiv ferromagnitnyirezonansvnanostrukturahstemperaturnokontroliruemymmežsloinymvzaimodeistviem AT poliŝukdm ferromagneticresonanceinnanostructureswithtemperaturecontrolledinterlayerinteraction AT tihonenkopoliŝukûo ferromagneticresonanceinnanostructureswithtemperaturecontrolledinterlayerinteraction AT kravecaf ferromagneticresonanceinnanostructureswithtemperaturecontrolledinterlayerinteraction AT tovstolytkinai ferromagneticresonanceinnanostructureswithtemperaturecontrolledinterlayerinteraction AT džežerâûi ferromagneticresonanceinnanostructureswithtemperaturecontrolledinterlayerinteraction AT pogorelyian ferromagneticresonanceinnanostructureswithtemperaturecontrolledinterlayerinteraction AT korenivskiv ferromagneticresonanceinnanostructureswithtemperaturecontrolledinterlayerinteraction

Ферромагнитный резонанс в наноструктурах с температурно-контролируемым межслойным взаимодействием

Репозитарії

Схожі ресурси