Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 537.6 Doi: 10.31772/2712-8970-2021-22-2-398-405
Сравнение магнитной анизотропии поликристаллической и монокристаллической пленок Fe3Si
Яковлев И. А.
Институт физики имени Л. В. Киренского СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Российская Федерация, 660036, г. Красноярск, Академгородок, 50, стр. 38.
Постоянное совершенствование высокотехнологичных приборов требует от науки постоянно-го развития технологий и поиска новых материалов. На сегодняшний день развитие области магнетизма достигло очень широких знаний, что позволило создать и изучить множество искусственных ферромагнитных материалов, которые уже сейчас активно применяются в науке и технике. Последние научные знания показывают, что один и тот же материал в различном состоянии может проявлять разные электрические, магнитные свойства. Так в современных приборах активно применяются тонкие магнитные пленки. Физические процессы в тонких пленках протекает иначе, чем в массивных материалах. В результате пленочные элементы имеют характеристики, отличные от характеристик массивных образцов и позволяют наблюдать эффекты, не свойственные массивным образцам. Пленка – это тонкий слой связанного конденсированного вещества, толщина которого сравнивается с расстоянием действия поверхностных сил; представляет собой термодинамически стабильную или метастабильную часть гетерогенной системы «пленка – под-ложка». Дальнейшее изучение пленочных структур привело к созданию и исследованию многослойных магнитных систем. В таких структурах возможно присутствие как слоёв различных ферромагнитных материалов, так и неферромагнитных прослоек, а свойства многослойных систем могут значительно отличаться от свойств любого из компонентов системы. Для практики эти материалы также имеют множество применений, в том числе, радиосвязь и геологоразведка. В нашем эксперименте методом молекулярно-лучевой эпитаксии при совместном осаждении Fe и Si синтезированы ферромагнитные тонкие пленки силицида Fe3Si. На подложке SiO2/Si(111) была получена поликристаллическая пленка силицида, а на Si(111)7×7 – монокристаллическая. Структура была исследована с помощью дифракции отраженных быстрых электронов непосредственно в процессе роста. Методом ферромагнитного резонанса была изучена магнитная анизотропия полученных образцов. Установлено, что поликристаллическая пленка характеризуется одноосной магнитной анизотропией, которая составляет 13.42 Э и формируется в следствие «косого» напыления. А магнитная анизотропия для монокристаллической пленки Fe3Si формируется в большей степени внутренними магнитокристаллическими силами.
Ключевые слова: магнитная анизотропия, ферромагнитные пленки, Fe3Si, молекулярно-лучевая эпитаксия.
References

1. Spin injection across (110) interfaces: Fe/GaAs(110) spin-light-emitting diodes / C. H. Li, G. Kioseoglou, O. M. J. van 't Erve, A. Petrou // Applied Physics Letters. 2004. Vol.85, No. 9. P. 1544–1548.

2. Spin injection from Fe3Si into GaAs / A. Kawaharazuka, M. Ramsteiner, J. Herfort, H.-P.  Schonherr // Applied Physics Letters. 2004. Vol. 85, No. 16. P. 3492–3494.

3. Herper H. C., Entel P. Interface structure and magnetism of Fe3Si/GaAs(110) multilayers: An ab-initio study // Philosophical Magazine. 2008. Vol. 88, No. 18-20. P. 2699–2707.

4. Qian G.-X., Martin R., Chadi J. First-principles calculations of atomic and electronic structure of the GaAs(110) surface // Physical review. B (Condensed matter). 1988. Vol. 37, No. 3. P. 1303–1307.

5. A comparative study of (Fe, Fe3Si)/GaAs and Heusler/MgO for spintronics applications / A. Grunebohm, M. Siewert, H. C. Herper et al. // Journal of Physics: Conference Series. 2010. Vol. 200. P. 072038.

6. Magnetic properties of epitaxial single crystal ultrathin Fe3Si films on GaAs (001) / S. H. Liou, S. S. Malhotra, J. X. Shen et al. // Journal of Applied Physics. 1993. Vol. 73, No. 10. P. 6766–6768.

7. Transport and magnetic properties of Fe3Si epitaxial films / H. Vinzelberg, J. Schumann, D. Elefant et al. // Journal of Applied Physics. 2008. Vol. 104, No. 9. P. 093707–093707.

8. Order-driven contribution to the planar Hall effect in Fe3Si thin films / M. Bowen, K.-J. Fried- land, J. Herfort et al. // Physical Review B. 2005. Vol. 71, No. 17. P.172401.

9. Spin and orbital magnetism in ordered  binary Heusler structures: Theory versus experiment / K. Zakeri, S. J. Hashemifar, J. Lindner et al. // Physical Review B. 2008. Vol. 77, No. 10. P. 104430.

10. Structural, magnetic, electronic, and spin transport properties of epitaxial Fe3Si/GaAs(001) / A. Ionescu, T. Trypiniotis, H. Garcia-Miquel et al. // Physical Review B. 2005. Vol. 71, No. 9. P. 094401.

11. Strong crystal anisotropy of magneto-transport property in Fe3Si epitaxial film / H. Y. Hung, S. Y. Huang, P. Chang et al. // Journal of Crystal Growth. 2011. Vol. 323. P. 372–375.

12. Hong J. Thickness-dependent magnetic anisotropy in ultrathin Fe∕Co∕Cu(001) films // Physical Review. B.(Condensed matter). 2006. Vol. 74. P.172408

13. Arai K. I., Ohoka Y., Wakui Y. Preparation and magnetic properties of anodic oxide magnetic films // Electronics and Communications in Japan. (Part II Electronics). 1989. Vol. 72, No. 5. P. 81–88.

14. Liu X., Shiozaki Y., Morisako A. Magnetization reversal mechanism of ultra thin Nd2Fe14B films with perpendicular magnetic anisotropy // Journal of Applied Physics. 2008. Vol. 103. P. 07E104.

15. Texture and magnetic properties of Fe thin films fabricated by field-sputtering vs field-annealing / S. J. Park, C.-H. Liu, H. S. Kim et al. // Thin Solid Films. 2015. Vol. 594. P. 178–183.

16. Диагностика тонкопленочных структур методом ферромагнитного резонанса : учеб. пособие / Беляев Б. А., Волошин А. С., Изотов А. В. и др. Красноярск, Сибирскийфедер. ун-т, 2011. 104 с.

17. Belyaev B. A., Izotov A. V., Leksikov A. A. Magnetic imaging in thin magnetic films by local spectrometer of ferromagnetic resonance // IEEE Sensors Journal. 2005. Vol. 5, No. 2. P. 260–267.

18. Uniaxial magnetic anisotropy in Pd/Fe bilayers on Al2O3 (0001) induced by oblique deposition / C.-S. Chi, B.-Y. Wang, W.-F. Pong et al. // Journal of Applied Physics. 2012, Vol. 111. P. 123918.

19. Belyaev B. A., Izotov A. V. FMR Study of the anisotropic properties of an epitaxial Fe3Si film on a Si(111) Vicinal Surface // JETP Letters. 2016. Vol. 103, No. 1. P 41–45.


Яковлев Иван Александрович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН. E-mail: yia@iph.krasn.ru.


  Сравнение магнитной анизотропии поликристаллической и монокристаллической пленок Fe3Si