Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем
Проведены исследования магнитосопротивления многослойных наноразмерных пленочных систем на основе Fe и Cu, Cr или Pd в зависимости от величины индукции внешнего магнитного поля и концентрации атомов Fe. Полученные результаты объяснены с точки зрения структурно-фазового состояния: в системе Fe/Cu...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Вопросы атомной науки и техники |
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90768 |
| 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: | Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем / О.В. Сынашенко, Е.П. Ткач, И.П. Бурык, Л.В. Однодворец, С.И. Проценко, Н.И. Шумакова // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 169-174. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-90768 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-907682025-02-09T22:00:35Z Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем Магніторезистивні властивості багатошарових нанорозмірних плівкових систем Magnetoresistive properties of multilayer nanodimensional film systems Сынашенко, О.В. Ткач, Е.П. Бурык, И.П. Однодворец, Л.В. Проценко, С.И. Шумакова, Н.И. Физика и технология конструкционных материалов Проведены исследования магнитосопротивления многослойных наноразмерных пленочных систем на основе Fe и Cu, Cr или Pd в зависимости от величины индукции внешнего магнитного поля и концентрации атомов Fe. Полученные результаты объяснены с точки зрения структурно-фазового состояния: в системе Fe/Cu в большой мере сохраняется индивидуальность отдельных слоев с возможным размытием интерфейсов, а в системе Fe/Cr стабилизируется гранулированное состояние атомов Fe в матрице твердого раствора (Fe, Cr) или образуется твердый раствор (Pd, Fe), в котором происходит образование интерметаллидов FePd с ГЦК- или ГЦТ-решеткой. Исследован магнитодеформационный эффект в одно- и двуслойных пленках, которые выступают компонентами многослойных систем. Проведені дослідження магнітоопору багатошарових нанорозмірних плівкових систем на основі Fe і Cu, Cr або Pd в залежності від величини індукції зовнішнього магнітного поля і концентрації атомів Fe. Отримані результати пояснені с точки зору структурно-фазового стану: в системі Fe/Cu в більшій мірі зберігається індивідуальність окремих шарів з можливим розмиттям інтерфейсів, а в системі Fe/Cr стабілізується грану- льований стан атомів Fe в матриці із твердого розчину (Fe, Cr) або утворюється твердий розчин (Pd, Fe), в якому відбувається утворення інтерметалідів FePd з ГЦК- або ГЦТ-решіткою. Досліджений магніторезистивний ефект в одно- та двошарових плівках, які виступають компонентами багатошарових систем. The investigations of magnetoresistance of multilayer nanodimensional film systems based on Fe and Cu, Cr or Pd were carried versus induction of external magnetic field and concentration of Fe atoms. Received results were explained with a view to structural-phase state: in Fe/Cu system to a great extent the individuality of separate layers conserves with possibility blurring of interfaces. In Fe/Cr system granular state of Fe atoms in matrix from solid solution (Fe, Cr) stabilizes or solid solution (Pd, Fe) forms, in which formation of intermetallic FePd with FCC- or FCT-lattice occurs. The magnetodefformation effect in one- or two-layer films, which are the components of multilayer systems, was investigated. Авторы выражают благодарность проф. Проценко И.Е. за обсуждение результатов работы. Работа выполнена в рамках совместных научно-технических договоров между Сумским государственным университетом, Университетом им. Й. Гутенберга (Майнц, Германия) и Университетом Барода (Вадодара, Индия). 2009 Article Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем / О.В. Сынашенко, Е.П. Ткач, И.П. Бурык, Л.В. Однодворец, С.И. Проценко, Н.И. Шумакова // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 169-174. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90768 535.24.2 ru Вопросы атомной науки и техники application/pdf Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов |
| spellingShingle |
Физика и технология конструкционных материалов Физика и технология конструкционных материалов Сынашенко, О.В. Ткач, Е.П. Бурык, И.П. Однодворец, Л.В. Проценко, С.И. Шумакова, Н.И. Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем Вопросы атомной науки и техники |
| description |
Проведены исследования магнитосопротивления многослойных наноразмерных пленочных систем на
основе Fe и Cu, Cr или Pd в зависимости от величины индукции внешнего магнитного поля и концентрации
атомов Fe. Полученные результаты объяснены с точки зрения структурно-фазового состояния: в системе
Fe/Cu в большой мере сохраняется индивидуальность отдельных слоев с возможным размытием интерфейсов, а в системе Fe/Cr стабилизируется гранулированное состояние атомов Fe в матрице твердого раствора
(Fe, Cr) или образуется твердый раствор (Pd, Fe), в котором происходит образование интерметаллидов FePd
с ГЦК- или ГЦТ-решеткой. Исследован магнитодеформационный эффект в одно- и двуслойных пленках,
которые выступают компонентами многослойных систем. |
| format |
Article |
| author |
Сынашенко, О.В. Ткач, Е.П. Бурык, И.П. Однодворец, Л.В. Проценко, С.И. Шумакова, Н.И. |
| author_facet |
Сынашенко, О.В. Ткач, Е.П. Бурык, И.П. Однодворец, Л.В. Проценко, С.И. Шумакова, Н.И. |
| author_sort |
Сынашенко, О.В. |
| title |
Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем |
| title_short |
Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем |
| title_full |
Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем |
| title_fullStr |
Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем |
| title_full_unstemmed |
Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем |
| title_sort |
магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Физика и технология конструкционных материалов |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90768 |
| citation_txt |
Магниторезистивные свойства многослойных наноразмерных пленочных систем / О.В. Сынашенко, Е.П. Ткач, И.П. Бурык, Л.В. Однодворец,
С.И. Проценко, Н.И. Шумакова // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 169-174. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Вопросы атомной науки и техники |
| work_keys_str_mv |
AT synašenkoov magnitorezistivnyesvoistvamnogosloinyhnanorazmernyhplenočnyhsistem AT tkačep magnitorezistivnyesvoistvamnogosloinyhnanorazmernyhplenočnyhsistem AT burykip magnitorezistivnyesvoistvamnogosloinyhnanorazmernyhplenočnyhsistem AT odnodvoreclv magnitorezistivnyesvoistvamnogosloinyhnanorazmernyhplenočnyhsistem AT procenkosi magnitorezistivnyesvoistvamnogosloinyhnanorazmernyhplenočnyhsistem AT šumakovani magnitorezistivnyesvoistvamnogosloinyhnanorazmernyhplenočnyhsistem AT synašenkoov magnítorezistivnívlastivostíbagatošarovihnanorozmírnihplívkovihsistem AT tkačep magnítorezistivnívlastivostíbagatošarovihnanorozmírnihplívkovihsistem AT burykip magnítorezistivnívlastivostíbagatošarovihnanorozmírnihplívkovihsistem AT odnodvoreclv magnítorezistivnívlastivostíbagatošarovihnanorozmírnihplívkovihsistem AT procenkosi magnítorezistivnívlastivostíbagatošarovihnanorozmírnihplívkovihsistem AT šumakovani magnítorezistivnívlastivostíbagatošarovihnanorozmírnihplívkovihsistem AT synašenkoov magnetoresistivepropertiesofmultilayernanodimensionalfilmsystems AT tkačep magnetoresistivepropertiesofmultilayernanodimensionalfilmsystems AT burykip magnetoresistivepropertiesofmultilayernanodimensionalfilmsystems AT odnodvoreclv magnetoresistivepropertiesofmultilayernanodimensionalfilmsystems AT procenkosi magnetoresistivepropertiesofmultilayernanodimensionalfilmsystems AT šumakovani magnetoresistivepropertiesofmultilayernanodimensionalfilmsystems |
| first_indexed |
2025-12-01T06:12:00Z |
| last_indexed |
2025-12-01T06:12:00Z |
| _version_ |
1850285252486889472 |
| fulltext |
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №6.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (18), с. 169-174. 169
УДК 535.24.2
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА МНОГОСЛОЙНЫХ
НАНОРАЗМЕРНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ СИСТЕМ
О.В. Сынашенко, Е.П. Ткач, И.П. Бурык, Л.В. Однодворец,
С.И. Проценко, Н.И. Шумакова
Сумской государственный университет, Сумы, Украина
E-mail: protsenko@aph.sumdu.edu.ua
Проведены исследования магнитосопротивления многослойных наноразмерных пленочных систем на
основе Fe и Cu, Cr или Pd в зависимости от величины индукции внешнего магнитного поля и концентрации
атомов Fe. Полученные результаты объяснены с точки зрения структурно-фазового состояния: в системе
Fe/Cu в большой мере сохраняется индивидуальность отдельных слоев с возможным размытием интерфей-
сов, а в системе Fe/Cr стабилизируется гранулированное состояние атомов Fe в матрице твердого раствора
(Fe, Cr) или образуется твердый раствор (Pd, Fe), в котором происходит образование интерметаллидов FePd
с ГЦК- или ГЦТ-решеткой. Исследован магнитодеформационный эффект в одно- и двуслойных пленках,
которые выступают компонентами многослойных систем.
ВВЕДЕНИЕ
Известно, что явление гигантского магнитного
сопротивления (ГМС) наблюдается в низкоразмер-
ных магнитонеоднородных пленочных материалах
(многослойные пленки, мультислои, гранулирован-
ные сплавы), в которых происходит спин-зависящее
рассеяние электронов на антипараллельно ориенти-
рованных магнитных моментах доменов в разделен-
ных немагнитным слоем соседних ферромагнитных
слоях или магнитных моментах гранул, образовав-
шихся в решетке твердого раствора из атомов маг-
нитной и немагнитной компонент. В последние
годы большое внимание уделяется исследованию
физики магнитных явлений в таких материалах.
Среди многих исследуемых многослойных
структур пленочные системы на основе фрагментов
Fe/Cu, Fe/Cr и Fe/Pd остаются в поле постоянного
интереса благодаря их широкому применению в
современной электронике, в магнитных сенсорах,
головках считывания в жестких дисках и других
устройствах.
Многие авторы считают, что на магнитные свой-
ства мультислойных систем оказывает влияние ряд
факторов: состояние интерфейсов (шероховатость),
фазообразование вблизи интерфейсов, толщина
немагнитных прослоек, структурно-фазовое состоя-
ние пленочной системы в целом. Анализ получен-
ных ранее результатов [1, 2] позволяет сделать вы-
вод о том, что структурно-фазовое состояние пле-
ночных систем на основе Fe и Cu или Fe и Cr как в
неотожженном, так и в отожженном состояниях
соответствует системе [Fe/Cu]n/П (П – подложка, n –
количество фрагментов), в которой в большей сте-
пени сохраняется индивидуальность отдельных
слоев, но, возможно, с промежуточным слоем твер-
дого раствора (т.р.) или гранулированным
т.р. (Fe, Cr) по всей толщине образца. Таким обра-
зом, исследуемые нами пленочные системы являют-
ся представителями двух противоположных тенден-
ций с точки зрения диффузионного взаимодействия:
крайне ограниченная взаимная растворимость ато-
мов Fe и Cu или неограниченная растворимость в
случае атомов Fe и Cr.
Пленочные системы на основе Fe и Pd с разной
толщиной парамагнитных и ферромагнитных слоев
- это чрезвычайно интересные объекты для изучения
магнитооптических свойств и создания носителей
информации с высокой плотностью магнитной за-
писи, элементов спиновой электроники и оптоэлек-
тронных систем. Анализ физических свойств спла-
вов или многослойных пленок указывает на то, что
Pd, будучи парамагнитным элементом, в присутст-
вии ферромагнетика (например, атомов Fe) также
становится ферромагнитным. Это обусловливается
рядом факторов, в частности увеличением парамет-
ра ГЦК-решетки Pd на 5…10%; дальнодействую-
щим обменным взаимодействием с ионами Fe, Ni
или Co, в результате чего у атомов Pd возникает
наведенный магнитный момент, который определя-
ет вклад атомов Pd в магнитооптические свойства
[3]. Согласно [4] металлы Fe и Pd имеют неограни-
ченную растворимость в жидком состоянии. При
охлаждении сплав кристаллизируется с образовани-
ем ГЦК-т.р. (Pd, Fe), в котором в твердом состоянии
происходит фазовый переход, связанный с поли-
морфными переходами β-Fe→ γ-Fe c образованием
интерметаллидов FePd с решеткой типа AuCu
(а = 0,3860…0,3855 нм и с = 0,3730…0,3720 нм) и
FePd с ГЦК-решеткой типа AuCu3 (а =
0,3853…0,3848 нм). Фаза FePd в неупорядоченном
состоянии имеет ГЦК-решетку, как и т.р., а при
упорядочивании – ГЦТ-решетку (L10), которая ана-
логичная интерметаллическим фазам L10 FePt, CoPt
и MnAl. Отметим, что несмотря на незначительную
разницу параметров а и с в ГЦТ решетке, фазы ГЦК
– FePd и L10 имеют различные магнитные характе-
ристики. Исследования последних лет (см., напри-
мер, [5, 6]) указывают на наличие в тетрагональной
фазе FePd перпендикулярной магнитной анизотро-
пии вдоль оси c. Указанное свойство позволит соз-
давать материалы с поперечным к плоскости образ-
ца магнитным моментом, а, следовательно, является
перспективным при решении задач увеличения по-
верхностной плотности магнитной записи.
С точки зрения практического использования
магнитных свойств пленочных материалов большой
интерес представляет исследование электрофизиче-
ских свойств, в частности коэффициента тензочув-
ствительности (см., например [7]), в магнитном поле
(так называемый магнитодеформационный эффект).
Таким образом, целью нашей работы явилось ис-
следование магниторезистивных свойства двух ти-
пов пленочных систем – с продольной (Fe/Cu и
Fe/Cr) и поперечной магнитной анизотропией
(Pd/Fe). Кроме того, был изучен магнитодеформаци-
онный эффект в одно- и двуслойных пленках, кото-
рые выступают компонентами многослойных сис-
тем.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Пленочные системы были получены методом
термического испарения и последовательного осаж-
дения слоев без ориентирующего магнитного поля в
высоком вакууме (p = 10-4 Па). В качестве подложки
использовался аморфный ситалл. Толщина отдель-
ных слоев контролировалась in situ-методом кварце-
вого резонатора, который обеспечивал точность
10 %. Многослойные пленочные системы формиро-
вались чередованием ферромагнитного (Fe) / немаг-
нитного (Cu, Cr) слоев, количество таких фрагмен-
тов составляло 3…9. Отжиг образцов проводился в
температурном интервале 300…800 К. Измерения
магнитосопротивления проводились при комнатной
температуре с использованием 2-контактной схе-
мы в изменяемом от 0 до 0,1 Тл внешнем магнит-
ном поле. Использовалась геометрия, когда ток
пропускается в плоскости образца, а индукция
внешнего магнитного поля (В) имеет две ориента-
ции - параллельную и перпендикулярную плоско-
сти образца. Величина магнитосопротивления
(МС) определялась как ∆R/RS = (R(B) - RS)/RS, где
R(B) и RS – сопротивление при заданном поле и
поле насыщения.
Для измерения (рис. 1) коэффициента про-
дольной тензочувствительности (КТ) γl для одно-
слойных пленок Fe, Co, Ni использовалась под-
ложка из текстолита – материала, который соот-
ветствует одним из следующих условий: не раз-
рушается при нагревании в вакууме, не вступает в
химическое взаемодействие с пленкой и имеет
высокое значение упругости. Один из концов
подложки жестко фиксировался, другой – соеди-
нялся с подвижным штоком микровинта. Для соз-
дания магнитного поля В = 0,1 Тл использовался
электромагнит на постоянном токе. Измерение
электрического сопротивление осуществлялось в
двух геометриях при перпендикулярной к току
ориентации магнитного поля (в плоскости или
перпендикулярно плоскости пленки).
МАГНИТОРЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА
Результаты исследования магнитосопротивления
и среднего магнитного коэффициента сопротивле-
ния ( Bβ ), полученные для многослойных систем на
основе Fe/Cu и Fe/Cr, сведены в табл. 1 и 2 и для
отдельных систем представлены на рис. 2 и 3.
Рис. 1. Схема устройства для измерения КТ в попе-
речном магнитном поле: 1 – монтажный столик;
2 – исследуемый образец; 3 – маска; 4 – токопрово-
дящие дорожки; 5 – деформируемая подложка;
6 – зажим для подложки; 7 – электромагнит;
8 – линии магнитной индукции; 9 – микровинт;
10 – токоподводящие провода
Отметим, что Bβ определяется по соотношению
Bβ =R-1·∆R/∆B по всему интервалу величины индук-
ции в отличие от мгновенного магнитного коэффи-
циента сопротивления BMβ =Ri
-1·dRi/dBBi, который
определяется на узком интервале dBi.
Необходимо отметить, что в случае системы
Fe/Cu значения МС в параллельной геометрии
больше по сравнению с перпендикулярной, в то
время как в системе Fe/Cr наблюдается обратная
закономерность. После отжига значения МС
уменьшаются в случае Fe/Cu и увеличиваются в
случае Fe/Cr для обеих геометрий, что можно объ-
яснить размытием интерфейсов в первом случае и
укрупнением гранул Fe в матрице т.р.
Зависимость величины МС от концентрации
атомов Fe в случае обеих пленочных систем имеет
одинаковый характер (в качестве примера на
рис. 4 показана зависимость для системы Fe/Cr).
Максимум при сFe = 75 ат.% как для свежескон-
денсированных, так и для отожженных образцов
мы объясняем процессом укрупнения гранул Fe в
матрице т.р. (Fe, Cr). В случае системы Fe/Cu как
в свежесконденсированных, так и в отожженных
образцах аналогичный максимум наблюдается
при сFe = 65 ат.%, что соответствует наибольшему
количеству фрагментов и толщине немагнитной
прослойки dCu = 1,5 нм, при которой наблюдается
максимум на осцилляционной зависимости [8] для
системы Fe/Cu.
На рис. 5 приведены зависимости сопротивле-
ния и МС от индукции магнитного поля для пле-
ночных систем на основе Fe и Pd, фазовый состав
которых соответствует т.р. (Pd, Fe). При переходе
к пленочным системам, имеющим ГЦК- или ГЦТ-
FePd-фазы, мы получили аналогичные результаты,
что можно объяснить частичным упорядочением
т.р. (Pd, Fe) в процессе конденсации и магнитных
измерений.
170
Таблица 1
Значения МС и Bβ для многослойных пленочных систем на основе Fe/Cu
II геометрия ⊥ геометрия
без отжига отжиг до 800 К без отжига отжиг до 800 К Образец cFe,
ат.%
МС,% Bβ ,
Тл-1 МС,% Bβ ,
Тл-1 МС,% Bβ ,
Тл-1 МС,% Bβ ,
Тл-1
Fe(2,5)/[Cu(1,5)/Fe(2,5)]3/П 68,9 0,50 -8,3 0,36 -6,0 0,40 -6,7 0,33 -5,5
Fe(2,5)/[Cu(1,5)/Fe(2,5)]5 66,7 0,58 -9,7 0,40 -6,7 0,44 -7,3 0,38 -6,3
Fe(2,5)/[Cu(1,5)/Fe(2,5)]7 65,6 0,66 -11,0 0,43 -7,2 0,47 -7,8 0,41 -6,8
Fe(2,5)/[Cu(1,5)/Fe(2,5)]9 64,9 0,74 -12,3 0,47 -7,8 0,52 -8,7 0,43 -7,2
Fe(2,5)/[Cu(2)/Fe(2,5)]3 62,5 0,09 -1,5 0,06 -1,0 0,07 -1,2 0,05 -0,8
Fe(2,5)/[Cu(2)/Fe(2,5)]7 58,8 0,12 -2,0 0,10 -1,7 0,11 -1,8 0,07 -1,2
Fe(2,5)/[Cu(2,5)/Fe(2,5)]3 57,1 0,24 -4,0 - - 0,18 -3,0 - -
Fe(2,5)/[Cu(2,5)/Fe(2,5)]7 53,3 0,26 -4,3 0,18 -3,0 0,21 -3,5 0,15 -2,5
Таблица 2
Значения МС и Bβ для многослойных пленочных систем на основе Fe/Cr
II геометрия ⊥ геометрия
без отжига отжиг до 800 К без отжига отжиг до 800 К Образец cFe,
ат.%
МС,% Bβ ,
Тл-1 МС,% Bβ ,
Тл-1 МС,% Bβ ,
Тл-1 МС,% Bβ ,
Тл-1
Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]3/П 77,3 0,35 -5,8 0,41 -6,8 0,42 -7,0 0,49 -8,2
Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]7 74,5 0,40 -6,7 0,47 -7,8 0,46 -7,7 0,53 -8,8
Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]3 69,4 0,12 -2,0 0,48 -8,0 0,04 -0,7 0,10 -1,7
Fe(2,5)/[Cr(1,5)/Fe(2,5)]7 66,1 0,13 -2,2 0,15 -2,5 0,08 -1,3 0,11 -1,8
Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]3 57,7 0,16 -2,7 - - 0,21 -3,5 - -
Fe(2,5)/[Cr(2,5)/Fe(2,5)]7 53,9 0,17 -2,8 - - 0,25 -4,2 - -
Fe(2,5)/[Cr(3)/Fe(2,5)]7 49,3 0,11 -1,8 0,13 -2,2 0,12 -2,0 0,15 -2,5
0 10 20 30 40 50 60
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
ΔR/RS, %
B, мTл
а
0 10 20 30 40 50 60
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
ΔR/RS, %
B, мTл
б
0 10 20 30 40 50 60
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
ΔR/RS, %
B, мTл
в
…. 0 10 20 30 40 50 60
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
ΔR/RS, %
B, мTл
г
Рис.2. Зависимость магнитосопротивления от индукции магнитного поля для многослойных пленочных
систем Fe(2,5)/[Cu(1,5)/Fe(2,5)]n/П, где n=3, 5, 7 и 9; а, б – неотожженные образцы; в, г – отожженные до
800 К; а, в – параллельная, б, г – перпендикулярная геометрия; ●, ○ – n=9; ▲, ∆ – n=7; ■, □ – n=5; ♦, ◊ – n=3
171
0 10 20 30 40 50 60
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
B, мTл
ΔR/RS, %
n=7
n=3
а
0 10 20 30 40 50 60
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
B, мTл
ΔR/RS, %
б
n=7
n=3
0 10 20 30 40 50 60
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
ΔR/RS, %
B, мTл
в
n=7
n=3
0 10 20 30 40 50 60
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
ΔR/RS, %
B, мTл
г
n=7
n=3
Рис.3. Зависимость магнитосопротивления от индукции магнитного поля для многослойных пленочных
систем Fe(2,5)/[Cr(1)/Fe(2,5)]n/П, где n = 3 и 7; а, б – неотожженные образцы; в, г – отожженные до
800 К; а, в – параллельная; б, г – перпендикулярная геометрия
50 60 70 80
0,0
0,2
0,4
0,6
СFe,ат.%
ΔR/RS, %
1
2
а
50 60 70 80
0,0
0,2
0,4
0,6
СFe,ат.%
ΔR/RS, %
1
2
б
Рис. 4. Зависимость магнитосопротивления от концентрации атомов Fe в многослойных пленочных
системах на основе Fe/Cr для неотожженных (а) и отожженных (б) образцов; 1 – параллельная геомет-
рия, 2 – перпендикулярная геометрия
В, мТл10 25 40 55
R, Ом
140,2
140,4
140,6
||1
2
2
1
a
⊥
В, мТл10 25 40 55
ΔR/RS, %
0,00
0,02
0,04
||1
2
2
1 ||
б
dFe, нм0 15 30 45
0,0
0,2
0,4
II
ΔR/RS, %
в
⊥
Рис.5. Зависимость сопротивления и
МС от В (а, б) или от толщины слоя Fe
в пленочных системах Pd(10)/Fe(x)/П
(в) для двух геометрий
172
ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫЕ СВОЙСТВА
В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Элементы и электронные узлы современной кон-
трольно-измерительной аппаратуры и сенсорной
техники в большинстве случаев функционируют в
условиях воздействия внешних магнитных полей.
Знание и прогнозирование физических закономер-
ностей поведения коэффициента продольной тензо-
чувствительности γl и влияние на его величину
внешнего магнитного поля [9] позволит создать
новые технологические приемы управления элек-
трофизическими характеристиками пленочных ма-
териалов и рассмотреть возможность применения
пленочных материалов на основе металлов и их
оксидов в качестве чувствительных элементов кон-
трольно-измерительных приборов (датчики давле-
ния и деформации, гидрофоны, микрофоны и т.п.). В
связи с этим исследование тензорезистивного эф-
фекта в присутствии или без наличия внешнего
магнитного поля имеет важное практическое значе-
ние.
Коэффициент продольной тензочувствитель-
ности γl рассчитывался на основе деформационных
зависимостей сопротивления по формуле
γl=R-1
н·∆R/∆εl ,
где Rн – начальное сопротивление.
Исходя из полученных результатов было опреде-
лено, что в магнитном поле увеличивается не только
удельное сопротивление (ρ), но и коэффициент про-
дольной тензочувствительности. При этом размер-
ные зависимости ρ и γl при В = 0 или 0,1 Тл имеют
гиперболический характер и при увеличении тол-
щины они постепенно сближаются (рис. 6). В случае
двухслойных пленок γl имеет большее значение по
сравнению с однослойными. В частности, пленоч-
ные системы Cr(30)/Fe(70)/П и Cr(70)/Fe(70)/П име-
ют соответственно величину γl = 11,1 и 8,6 (В = 0) и
γl=11,8 и 8,9 (В = 0,1 Тл) единиц, т.е. в магнитном
поле γl изменяется от 3 до 6%.
По аналогии с величиной Bβ , которая описывает
полевую зависимость сопротивления, мы также
предлагаем характеризовать полевую зависимость
коэффициента γl коэффициентом
Blγβ . Его связь с
Bβ получается аналогично соотношению для тер-
мического коэффициента тензочувствительности
lγβ [10]. Для случая γl >>1 соотношение имеет сле-
дующий вид:
Bl
BlB ∂∂
∂
+−≅
l
21
ε
ρ
ργ
ββγ
.
Отметим, что, используя полученные экспери-
ментальные данные, можно произвести оценку ве-
личины второй производной
B∂∂
∂
l
2
ε
ρ , которая явля-
ется очень важной тензометрической характеристи-
кой и описывает изменение удельного сопротивле-
ния при деформации в магнитном поле. Её величи-
на, например, для пленочной системы
Cr(30)/Fe(70)/П равна -4·10-5 Ом·Тл-1.
0 30 60 90
0
1
2
3
4
5
lγ
d, нм
а
0 30 60 90
0
4
8
12
16
d, нм
lγ
б
0 30 60 90
0
4
8
12
d, нм
lγ
в
Рис.6. Размерная зависимость коэффициента
тензочувствительности для пленок Fe (а), Co (б),
Ni (в): ▲ - в поперечном и ∆ - перпендикулярном
магнитных полях (В = 0,1 Тл), ● – при отсутствии
внешнего поля
Авторы выражают благодарность
проф. Проценко И.Е. за обсуждение результатов
работы.
Работа выполнена в рамках совместных научно-
технических договоров между Сумским государст-
венным университетом, Университетом
им. Й. Гутенберга (Майнц, Германия) и Уни-
верситетом Барода (Вадодара, Индия).
ЛИТЕРАТУРА
1. С.І. Проценко, І.В. Чешко, Д.В. Великодний
та ін. Структурно-фазовий стан, стабільність інтер-
фейсів та електрофізичні властивості двошарових
плівкових систем // Успехи физ. мет. 2007, т.8, №4,
с.247-278.
2. L. Odnodvorets, S. Protsenko, O. Synashenko et
al. Electrophysical properties of Ni/V and Cr/Fe multi-
layer films // Cryst. Res.Technol. 2009, v.44, №1, p.74-
81.
173
3. Е.А. Ганьшина, А.А. Богородицкий, Р.Ю. Ку-
маритова и др. Магнитооптические свойства много-
слойных пленок Fe/Pd // ФТТ. 2001, т.43, в.6, c.1061-
1066.
4. Диаграммы состояния двойных металличес-
ких систем / Под ред. Н.П. Лякишева. М.: «Маши-
ностроение» 1997, т. 2, c.528-531.
5. J.L. Menendez, P. Caro, A. Cebollada, et al.
Structure and magnetic anisotropies in sputtered
FePd(110) thin films // J. Magn. Magn. Mater. 1999,
v.192, p.334–342.
6. A. Polit, D. Makarov,C. Brombacher et al. Corre-
lation between magnetism and the structure in Cu-
alloyed FePd thin films // Book of Abstracts of XLIV
Zakopane School of Physics. 2009.
7. W.L. Wang, K.J. Liao, C.G. Hu, et al. Study of
piezoresistive effect of diamond films under magnetic
field // Sensors Actuators A. 2003, v.108, p.55-58.
8. F. Petroff, A. Barthelemy, D.H. Mosca, et al. Os-
cillatory interlayer exchange and magnetoresistance in
Fe/Cu multilayers // Phys. Rev. B. 1991, v.44, p.5355–
5357.
9. Н.И. Захаренко, М.П. Семенько. Влияние
магнитного поля на тензорезистивный эффект в
аморфных сплавах на основе железа // ФММ. 2007,
т.104, №2, с.150-154.
10. С.І. Проценко. Про температурну залежність
коефіцієнтів поздовжньої і поперечної тензочутли-
вості металевих плівок // ФХТТ. 2002, т.3, №3, с.401-
403.
Статья поступила в редакцию 13.07.2009 г.
МАГНІТОРЕЗИСТИВНІ ВЛАСТИВОСТІ БАГАТОШАРОВИХ НАНОРОЗМІРНИХ
ПЛІВКОВИХ СИСТЕМ
О.В. Синашенко, О.П. Ткач, І.П. Бурик, Л.В. Однодворець, С.І. Проценко, Н.І. Шумакова
Проведені дослідження магнітоопору багатошарових нанорозмірних плівкових систем на основі Fe і Cu,
Cr або Pd в залежності від величини індукції зовнішнього магнітного поля і концентрації атомів Fe. Отрима-
ні результати пояснені с точки зору структурно-фазового стану: в системі Fe/Cu в більшій мірі зберігається
індивідуальність окремих шарів з можливим розмиттям інтерфейсів, а в системі Fe/Cr стабілізується грану-
льований стан атомів Fe в матриці із твердого розчину (Fe, Cr) або утворюється твердий розчин (Pd, Fe), в
якому відбувається утворення інтерметалідів FePd з ГЦК- або ГЦТ-решіткою. Досліджений магніторезисти-
вний ефект в одно- та двошарових плівках, які виступають компонентами багатошарових систем.
MAGNETORESISTIVE PROPERTIES OF MULTILAYER NANODIMENSIONAL FILM
SYSTEMS
O.V. Synashenko, O.P. Tkach, I.P. Buryk, L.V. Odnodvorets, S.I. Protsenko, N.I. Shumakova
The investigations of magnetoresistance of multilayer nanodimensional film systems based on Fe and Cu, Cr or
Pd were carried versus induction of external magnetic field and concentration of Fe atoms. Received results were
explained with a view to structural-phase state: in Fe/Cu system to a great extent the individuality of separate layers
conserves with possibility blurring of interfaces. In Fe/Cr system granular state of Fe atoms in matrix from solid
solution (Fe, Cr) stabilizes or solid solution (Pd, Fe) forms, in which formation of intermetallic FePd with FCC- or
FCT-lattice occurs. The magnetodefformation effect in one- or two-layer films, which are the components of multi-
layer systems, was investigated.
174
|