РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ МЕТОДИКИ, ПРИЛАДИ ТА МАТЕРІАЛИ
2.1. Шляхи досліджень
Розв’язання поставленої наукової задачі, яку було сформульовано у вступі,
проводили за кількома паралельними напрямками, що доповнювали один одного. Це
зумовило вибір та розробку спеціальних методик і апаратури, використання різних
матеріалів підкладки для отримання структур, що досліджували.
Зазначені напрямки включали:
– виявлення загальної намагніченості досліджуваної плівкової структури.
Інформацію про вплив немагнітного прошарку на орієнтацію загальної
намагніченості зразка отримували за допомогою ПМОЕК та ФМР;
– з’ясування орієнтації намагніченостей в кожному з магнітних шарів. Для
виявлення впливу товщини немагнітного прошарку на непряму обмінну взаємодію між
шарами перехідного та рідкісноземельного металів використовували
магніто-транспортні методи (АЕХ та ГМО), а також ФМР;
– вивчення впливу матеріалів підкладки та покривного шару на обмінну взаємодію.
Необхідну інформацію отримували за допомогою аналізу магнітного стану плівок
(ПМОЕК) та структурних досліджень (рентгенівська дифракція та
Оже-спектроскопія);
– дослідження впливу обмінних процесів в тришарових плівкових структурах на
кремнії на електричні властивості системи метал-напівпровідник. Можливість
виникнення спін-залежних ефектів на контакті "тришарова металева плівка –
напівпровідник" за рахунок зміни характеру обмінної взаємодії досліджували за
допомогою вольт-амперних характеристик.
Оскільки традиційні методи вимірювання намагніченості, такі як VSM (vibrating
sample magnetometer), реєструють компоненти намагніченості досліджуваної
плівки, підкладки та тримача зразка як одне ціле, то залежності M – H для
надтонких магнітних плівок, виміряні за допомогою VSM дуже легко піддаються
впливу парамагнітних та діамагнітних компонент масивних підкладки та тримача.
Вимірювання ефекту Керра (qk – H) та холлівської напруги (VH – H) в залежності
від прикладеного магнітного поля можуть виявляти дійсні значення компоненти
намагніченості плівки, що досліджується. Тому характеристики намагнічування,
виміряні за допомогою VH – H та qk – H, демонструють майже одну й ту саму
тенденцію [147].
Також відомо, що двошарова система Fe/Tb характеризується великим значенням
перпендикулярної магнітної анізотропії, тобто намагніченість такої структури є
перпендикулярною до площини плівки. Отже найбільш придатним методом дослідження
виявляється полярний магнітооптичний ефект Керра. Він як раз є найбільш
чутливим до перпендикулярної складової намагніченості. При цьому цей метод буде
корисним також і при дослідженні впливу немагнітного прошарку на обмінну
взаємодію між шарами Fe та Tb.
Але звичайні методи дослідження магнітної анізотропії, такі як ФМР та
магнітооптичний ефект Керра, є завжди об’ємними методами і у випадку тонких
плівок можуть вирізнити сигнал магнітної поверхні від загального об’ємного
сигналу, але при цьому потребують відсутності магнетизму в залишку зразка. Хоча
ФМР в той же час є достатньо чутливим методом і завдяки цьому дуже успішно може
бути використаний для дослідження ультратонких металічних плівок [148]. ФМР
також може бути успішно застосований до вивчення обмінної взаємодії між
феромагнітними шарами, розділеними немагнітними прошарками, які можуть бути як
металічними [149, 150], так і неметалічними [151]. При цьому по даним ФМР
досліджень можна напряму судити про величину загальної намагніченості
структури, про динаміку намагніченості взаємодіючих шарів в залежності від
товщини прошарку, а також про величину обмінної взаємодії [149]. Проте у
випадку багатошарових плівок, коли присутні кілька магнітних шарів, такі методи
є неадекватними при дослідженні глибинних інтерфейсів [152].
2.2. Методики дослідження магнітних та електричних характеристик та їх
особливості при вивченні ультратонких плівкових структур
2.2.1. Магнітооптичний ефект Керра
Магнітооптичний ефект Керра спостерігається при відбиванні лінійно
поляризованого світла від поверхні зразка і полягає в тому, що лінійно
поляризоване світло стає в загальному випадку еліптично поляризованим з осями
еліпса, повернутими на деякий кут qК по відношенню до площини поляризації
падаючого на зразок променя. Величина кута повороту і еліптичність зв’язана в
першому наближенні із локальною намагніченістю ділянки поверхні зразка.
Для досліджень була обрана геометрія полярного ефекту Керра, оскільки відомо,
що плівкові Fe/Tb структури мають перпендикулярну магнітну анізотропію. Тому
така геометрія досліджень є необхідною для вивчення впливу прошарку
немагнітного металу на інтерфейсі між шарами Fe та Tb на орієнтацію
намагніченості плівкової структури.
Схема установки для дослідження полярного магнітооптичного ефекту Керра
приведена на рис. 2.1.
Принцип роботи установки полягає в наступному:
Лінійно-поляризоване світло від джерела випромінювання гелій-неонового лазера з
довжиною хвилі 0.63 мкм проходить поляризатор, модулятор, відбивається від
поворотного дзеркала, проходить компенсатор та потрапляє на поверхню
досліджуваного зразка, який розташовано в зазорі електромагніта, під кутом 4
градуси відносно нормалі до поверхні зразка. Після відбиття від поверхні зразка
світло проходить аналізатор та потрапляє на фотоприймач (ФД-7К). Сигнал з
фотоприймача подається на вимірювальний тракт, до складу якого входять:
попередній підсилювач, синхронний детектор, підсилювач сигналу компенсації,
масштабний підсилювач, інтерфейс зв’язку магнітополяриметра із ЕОМ та сама
ЕОМ.
Аналізатор та поляризатор орієнтовані один відносно одного на повне пога
- Київ+380960830922