Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита
Обнаружено, что спектр спин-волнового резонанса (СВР), как правило, содержит поверхностную моду, которая не зависит от проводимости материала пленки. Показано, что положение, интенсивность и форма этой моды трансформируются относительно однородной моды при изменении напряженного состояния пленки. По...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2010
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69262 |
| 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: | Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита / В.А. Шаповалов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 56-61. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69262 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Шаповалов, В.А. 2014-10-09T19:18:12Z 2014-10-09T19:18:12Z 2010 Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита / В.А. Шаповалов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 56-61. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 73.20.–r https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69262 Обнаружено, что спектр спин-волнового резонанса (СВР), как правило, содержит поверхностную моду, которая не зависит от проводимости материала пленки. Показано, что положение, интенсивность и форма этой моды трансформируются относительно однородной моды при изменении напряженного состояния пленки. По смещению резонансных полей под действием механического напряжения определены константы магнитострикции пленки и ее поверхностного слоя. Последний является более магниточувствительным по сравнению с объемом пленки, так как его константа магнитострикции λs больше константы магнитострикции пленки λf. Виявлено, що спектр спин-хвильового резонансу (СХР), як правило, містить поверхневу моду, що не залежить від провідності матеріалу плівки. Показано, що положення, інтенсивність і форма цієї моди трансформуються щодо однорідної моди при зміні напруженого стану плівки. По зсуву резонансних полів під дією механічної напруги визначено константи магнітострикції плівки і поверхневого шару. Останній є більш магнiточутливим у порівнянні з обсягом плівки, тому що його константа магнітострикції λs більше константи магнітострикції плівки λf. It has been determined that the spin-wave resonance (SWR) spectrum contains, as a rule, the surface mode which does not depend on conduction of film material. It is shown that the position, the intensity and the shape of this mode are transformed with respect to the uniform mode due to changes in the stressed state of the film. Constants of the film and surface layer magnetostriction have been determined by the displacement of resonance fields under the action of mechanical stress. The surface layer is more sensitive to magnetism than volume of the film since its magnetostriction constant λs is larger than that of the film λf. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита Спин-хвильовий резонанс і його поверхнева мода в плівці манганіту Spin-wave resonance and surface mode in manganite film Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита |
| spellingShingle |
Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита Шаповалов, В.А. |
| title_short |
Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита |
| title_full |
Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита |
| title_fullStr |
Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита |
| title_full_unstemmed |
Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита |
| title_sort |
спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита |
| author |
Шаповалов, В.А. |
| author_facet |
Шаповалов, В.А. |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Физика и техника высоких давлений |
| publisher |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Спин-хвильовий резонанс і його поверхнева мода в плівці манганіту Spin-wave resonance and surface mode in manganite film |
| description |
Обнаружено, что спектр спин-волнового резонанса (СВР), как правило, содержит поверхностную моду, которая не зависит от проводимости материала пленки. Показано, что положение, интенсивность и форма этой моды трансформируются относительно однородной моды при изменении напряженного состояния пленки. По смещению резонансных полей под действием механического напряжения определены константы магнитострикции пленки и ее поверхностного слоя. Последний является более магниточувствительным по сравнению с объемом пленки, так как его константа магнитострикции λs больше константы магнитострикции пленки λf.
Виявлено, що спектр спин-хвильового резонансу (СХР), як правило, містить поверхневу моду, що не залежить від провідності матеріалу плівки. Показано, що положення, інтенсивність і форма цієї моди трансформуються щодо однорідної моди при зміні напруженого стану плівки. По зсуву резонансних полів під дією механічної напруги визначено константи магнітострикції плівки і поверхневого шару. Останній є більш магнiточутливим у порівнянні з обсягом плівки, тому що його константа магнітострикції λs більше константи магнітострикції плівки λf.
It has been determined that the spin-wave resonance (SWR) spectrum contains, as a rule, the surface mode which does not depend on conduction of film material. It is shown that the position, the intensity and the shape of this mode are transformed with respect to the uniform mode due to changes in the stressed state of the film. Constants of the film and surface layer magnetostriction have been determined by the displacement of resonance fields under the action of mechanical stress. The surface layer is more sensitive to magnetism than volume of the film since its magnetostriction constant λs is larger than that of the film λf.
|
| issn |
0868-5924 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69262 |
| citation_txt |
Спин-волновой резонанс и его поверхностная мода в пленке манганита / В.А. Шаповалов // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 1. — С. 56-61. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT šapovalovva spinvolnovoirezonansiegopoverhnostnaâmodavplenkemanganita AT šapovalovva spinhvilʹoviirezonansíiogopoverhnevamodavplívcímanganítu AT šapovalovva spinwaveresonanceandsurfacemodeinmanganitefilm |
| first_indexed |
2025-11-25T22:31:35Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:31:35Z |
| _version_ |
1850565738859855872 |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
© В.А. Шаповалов, 2010
PACS: 73.20.–r
В.А. Шаповалов
СПИН-ВОЛНОВОЙ РЕЗОНАНС И ЕГО ПОВЕРХНОСТНАЯ МОДА
В ПЛЕНКЕ МАНГАНИТА
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Статья поступила в редакцию 28 декабря 2009 года
Обнаружено, что спектр спин-волнового резонанса (СВР), как правило, содержит
поверхностную моду, которая не зависит от проводимости материала пленки. По-
казано, что положение, интенсивность и форма этой моды трансформируются
относительно однородной моды при изменении напряженного состояния пленки. По
смещению резонансных полей под действием механического напряжения определены
константы магнитострикции пленки и ее поверхностного слоя. Последний является
более магниточувствительным по сравнению с объемом пленки, так как его кон-
станта магнитострикции λs больше константы магнитострикции пленки λf.
Ключевые слова: спин-волновой резонанс, поверхностная мода, механическое на-
пряжение, поверхностный слой, константа магнитострикции
Спектр спин-волнового резонанса является характеристикой магнитной
пленки. Вид и форма линий этого спектра зависят от параметров пленки.
Если пленка является монокристаллической и обладает высоким сопротив-
лением, количество линий спектра СВР может достигать нескольких десят-
ков (рис. 1). Линии спектра СВР в этом случае хорошо разрешены и имеют
большую величину отношения сигнал-шум. Если исследуемые пленки ман-
ганитов обладают малым сопротивлением, линии спектра СВР весьма ши-
роки и их амплитуда довольно мала.
Спектры СВР в тонких монокристаллических магнитных пленках
La0.67Ca0.33MnO3 были исследованы в интервале температур 4.2–300 K в
магнитном поле от параллельной до перпендикулярной ориентации.
Как видно из рис. 1 [1], в случае перпендикулярной ориентации наблюда-
ется СВР-спектр, состоящий из одиннадцати хорошо разрешенных линий.
Две из них (на высокополевой стороне) SM1 и SM2 являются поверхностны-
ми модами, линия 1 – однородной модой, а все остальные линии – неодно-
родными модами. Поверхностные моды в спектрах СВР, теоретическое
предсказание которых представлено в работах H. Puszkarski [3–5], впер-
вые экспериментально были обнаружены в пленке La0.67Ca0.33MnO3 [1].
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
57
0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
1
SM2
SM1
5
H, T
9
1113
17 15
9 7 3
Поверхностный характер мод
SM1 и SM2 доказывают следующие
экспериментальные факты:
– их резонансные поля выше по-
ля однородной моды;
– интенсивность их меньше, чем
низкополевой моды с n = 1;
– их угловая зависимость согла-
суется с предсказаниями модели
для поверхностных мод [3–5].
В работе [2] показано влияние
изгибных деформаций на поверх-
ностную моду. Поведение одно-
родной и поверхностной мод в за-
висимости от изгибной деформа-
ции для экстремальных случаев из-
гиба при T = 141 K представлено на
рис. 2. Параметры поверхностной
моды резко меняются при увеличении механического напряжения от минималь-
ного значения при радиусе изгиба образца R1 = 700 mm (линия 2) до максималь-
ного при R2 = 200 mm. Как видим, линия поверхностной моды при R1 = 700 mm
практически не разрешена, а при R2 = 200 mm наблюдается многократное увели-
чение ее интенсивности из-за нелинейной формы градиента напряжений.
Исследованы спектры СВР в эпитаксиальных пленках La0.67Ca0.33MnO3,
выращенных на подложках ниобата лития LiNbO3, алюмината лантана LaAlO3
и титаната стронция SrTiO3, имеющих разные параметры решетки.
Монокристаллические перовскитовые подложки LaAlO3 и SrTiO3 имеют ку-
бическую структуру с параметром элементарной ячейки a, равным соответст-
венно 3.788 и 3.903 Å. Параметры элементарных ячеек пленок La0.67Ca0.33MnO3,
Рис. 1. Спектр СВР в пер-
пендикулярной ориентации
в пленке La0.67Ca0.33MnO3 с
высоким сопротивлением,
T = 100 K. На вставке по-
казаны моды 9–17, увели-
ченные в 5 раз
0.8 0.9 1.0 1.1 F
M
R
si
gn
al
, a
rb
. u
ni
ts
H, T
1 2
1a
2a
Рис. 2. Влияние изгибных деформаций на
спектр СВР в перпендикулярной ориента-
ции в пленке La0.67Ca0.33MnO3 с низким
сопротивлением при различных механиче-
ских напряжениях: 1 – минимальное, ради-
ус изгиба образца R1 = 700 mm, 2 – макси-
мальное, R2 = 200 mm; 1, 2 – однородные
моды, 1а, 2а – поверхностные; Т = 141 K
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
58
нанесенных на подложки LaAlO3 и SrTiO3
составляют соответственно, Å: a = b =
= 3.862; c = 3.872 и a = b = 3.868; c =
= 3.859. Поэтому в пленке, выращенной
на подложке SrTiO3, возникают напря-
жения сжатия, а на LaAlO3 – напряжения
растяжения. Распределение напряжений
по толщине в полученных пленках носит
линейный градиентный характер и обу-
словлен тем, что, с одной стороны, плен-
ка примыкает к подложке, а с другой –
ее поверхность свободна.
Исследования проводили в условиях
упругой деформации пленок. Упругий
характер напряжений обеспечивается
тем, что различие параметров кристал-
лических решеток пленок и подложек
невелико. Для подложек LaAlO3 и
SrTiO3 эта разность составляет соответ-
ственно 0.084 и 0.044 Å.
Изучены особенности поверхно-
стной моды, обусловленные различием
параметров элементарных кристалличе-
ских ячеек подложек и пленок. На рис. 3
представлен спектр СВР в пленках
La0.67Ca0.33MnO3, выращенных на подложках LiNbO3, SrTiO3 и LaAlO3. Как
видно из рисунка, в спектрах СВР наблюдаются однородная мода (линия 2) и
поверхностная (линия 1). Пленка, выращенная на подложке LiNbO3, не на-
пряжена, и расстояние между линиями 1 и 2 является максимальным (82 mT).
В случае подложки SrTiO3 пленка напряжена и это расстояние уменьшается
до величины 41 mT, а в более напряженной пленке на подложке LaAlO3 оно
уменьшается настолько, что линии 1 и 2 практически совпадают.
Таким образом, в пленках, выращенных на различных подложках, по-
верхностные моды находятся на различном расстоянии от линии однородно-
го резонанса спектра СВР. Это расстояние уменьшается в результате увели-
чения напряженного состояния пленок.
На рис. 4 показана угловая зависимость положения резонансных линий
спектра СВР в пленке La0.67Ca0.33MnO3, выращенной на подложке SrTiO3.
Как видно из рис. 3,б и 4, для перпендикулярной ориентации магнитного
поля (j = 90°) спектр СВР состоит из 6 линий. При отклонении пленки
от перпендикулярной ориентации на угол более 6° линия однородного
резонанса и поверхностная мода сливаются. Следует отметить, что раз-
личие спектров (см. рис. 3) в пленках на разных подложках обусловлено
0.4 0.6 0.8 1.0
1
2
б
12
в
H, T
1
2
а
Рис. 3. Влияние линейных дефор-
маций на спектры СВР в пленках
La0.67Ca0.33MnO3, выращенных на
подложках LiNbO3 (а), SrTiO3 (б) и
LaAlO3 (в), при перпендикулярной
ориентации магнитного поля к пленке
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
59
различием величины проводимо-
сти, которая максимальна в случае
LiNbO3. Поэтому спектр СВР в
пленке, выращенной на подложке
LiNbO3, визуально отсутствует, а в
пленке на подложке SrTiO3 хорошо
разрешен.
Величину напряжения σ в пленке
рассчитывали по разности парамет-
ров элементарных ячеек подложки и
пленки в направлении, перпендику-
лярном плоскости пленки [7]:
10 20
0
( ) 6.17 10 dyn/cm
2
E a a
a
−
σ = = ⋅
ν
, (1)
где E – модуль Юнга [6] подложки 3.03·1012 dyn/сm2; a0 = 3.903 Å и a =
= 3.859 Å – постоянные решетки соответственно для подложки и пленки; ν =
= 0.276 – коэффициент Пуассона.
Для определения константы магнитострикции пленки La0.67Ca0.33MnO3,
выращенной на подложке SrTiO3, использовали величину смещения линии 2
под действием напряжений. В результате магнитострикции напряжение σ =
= 0.0617·1012 dyn/сm2 приводило к смещению резонансного поля пленки Hf
на величину ΔH1 = 60 mT. Используя ΔH1, оценивали величину константы
магнитострикции пленки λf :
λf = ΔH1Ms/3σ = –0.956·10–6, (2)
где Ms = 300 Gs – намагниченность насыщения.
Константу магнитострикции поверхностного слоя λs пленки La0.67Ca0.33MnO3,
выращенной на подложке SrTiO3, определяли по величине смещения резо-
нансного поля поверхностной моды относительно линии однородного резо-
нанса ΔH2 = 101 mT под действием напряжений: λs = –1.64·10–6.
Таким образом, константа λs больше константы λf в 1.7 раза.
Результаты наших исследований свидетельствуют о том, что форма, ин-
тенсивность и положение поверхностной моды СВР относительно однород-
ной моды зависят от напряженного состояния поверхностного слоя пленки.
Характер этого состояния обусловлен напряжениями, возникающими на
границе пленка–подложка, и градиентом напряжений по толщине пленки.
Величина механического напряжения пленки определяется разностью па-
раметров элементарных ячеек подложки и пленки. В случае подложки
SrTiO3 в переходном слое возникают напряжения растяжения. В результате
присутствия такого напряжения в плоскости пленки появляется напряжение
сжатия, перпендикулярное к ее поверхности. Величина напряжения макси-
90 180 270
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
H
, T
ϕ, grad
1
2
Рис. 4. Угловая зависимость положения
резонансных линий спектра СВР в
пленке La0.67Ca0.33MnO3, выращенной
на подложке SrTiO3
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
60
мальна в переходном слое и уменьшается по направлению к поверхности,
где становится минимальной.
Константа магнитострикции пленки λf меньше константы магнитострик-
ции ее поверхностного слоя λs, по-видимому, потому, что кристаллическая
структура поверхностного слоя пленки отличается от кристаллической
структуры всего объема пленки, так как, с одной стороны, поверхностный
слой примыкает к объему пленки, а с другой – он является границей мате-
риала. Иными словами, поверхностный слой пленки по сравнению с ее объ-
емом является более магниточувствительным.
В зависимости от величины и характера напряженного состояния поверх-
ностного слоя пленки поверхностная мода СВР трансформируется относи-
тельно однородной. Результаты исследований свидетельствуют о том, что
спектр СВР содержит поверхностную моду. На ее положение, интенсив-
ность и форму относительно однородной моды СВР не влияет проводимость
материала пленки. Интенсивность поверхностной моды существенно зави-
сит от формы градиента напряжений и величины закрепления спинов в по-
верхностном слое (см. рис. 2 и 3).
1. V.P. Dyakonov, A. Prokhorov, V. Shapovalov, V. Krivoruchko, V. Pashchenko, E. Zubov,
V. Mikhajlov, P. Aleshkevich, M. Berkowski, S. Piechota, H. Szymczak, J. Phys.:
Condens. Matter 13, 4049 (2001).
2. H. Puszkarski, Prog. Surf. Sci. 9, 191 (1979).
3. H. Puszkarski, Acta Phys. Pol. A38, 217 (1970).
4. H. Puszkarski, Acta Phys. Pol. A38, 899 (1970).
5. Ю.С. Кузьминов, Ниобат и танталат лития, Наука, Москва (1975).
6. Ю.П. Сухоруков, Н.Н. Лошкарева, Е.А. Ганьшина, А.П. Кауль, О.Ю. Горбенко,
Е.В. Мостовщикова, А.В. Телегин, А.Н. Виноградов, И.К. Родин, ФТТ 46, 1203 (2004).
7. A. Kinbara, H. Haraki, J. Appl. Phys. Jpn. 4, 243 (1965).
8. А.М. Гришин, В.Ф. Дроботько, Н.Н. Усов, В.А. Шаповалов, ЖТФ 8, 97 (1989).
В.А. Шаповалов
СПИН-ХВИЛЬОВИЙ РЕЗОНАНС І ЙОГО ПОВЕРХНЕВА МОДА
В ПЛІВЦІ МАНГАНІТУ
Виявлено, що спектр спин-хвильового резонансу (СХР), як правило, містить по-
верхневу моду, що не залежить від провідності матеріалу плівки. Показано, що по-
ложення, інтенсивність і форма цієї моди трансформуються щодо однорідної моди
при зміні напруженого стану плівки. По зсуву резонансних полів під дією ме-
ханічної напруги визначено константи магнітострикції плівки і поверхневого шару.
Останній є більш магнiточутливим у порівнянні з обсягом плівки, тому що його
константа магнітострикції λs більше константи магнітострикції плівки λf.
Ключові слова: спин-хвильовий резонанс, поверхнева мода, механічна напруга,
поверхневий шар, константа магнітострикції
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 1
61
V.A. Shapovalov
SPIN-WAVE RESONANCE AND SURFACE MODE IN MANGANITE FILM
It has been determined that the spin-wave resonance (SWR) spectrum contains, as a rule,
the surface mode which does not depend on conduction of film material. It is shown that the
position, the intensity and the shape of this mode are transformed with respect to the uni-
form mode due to changes in the stressed state of the film. Constants of the film and surface
layer magnetostriction have been determined by the displacement of resonance fields under
the action of mechanical stress. The surface layer is more sensitive to magnetism than vol-
ume of the film since its magnetostriction constant λs is larger than that of the film λf.
Keywords: spin-wave resonance, surface mode, mechanical stress, surface layer, mag-
netostriction constant
Fig. 1. SWR spectrum in perpendicular orientation for film La0.67Ca0.33MnO3 with high
resistance, Т = 100 K. The insert shows modes 9–17, ×5
Fig. 2. Influence of bending deformation on SWR spectrum in perpendicular orientation
for film La0.67Ca0.33MnO3 with low resistance for different mechanical stresses: 1 –
minimal, radius of sample bending R1 = = 700 mm, 2 – maximal, R2 = 200 mm; 1, 2 – uni-
form modes, 1a, 2a – surface; T = 141 K
Fig. 3. Influence of linear deformation on SWR spectra in films La0.67Ca0.33MnO3 grown
on LiNbO3 (а), SrTiO3 (б) and LaAlO3 (в) substrates under the magnetic-field perpen-
dicular orientation to the film
Fig. 4. Angular dependence of SWR spectral lines position in film La0.67Ca0.33MnO3
grown on SrTiO3 substrate
|