СТРУКТУРА ГРАНИЦ РАЗДЕЛА
281
10 и 25 А. Зависимость намагниченности насыщения М от обратной толщины слоев железа показана на рис. 2. Как видно из рисунка, при толщинах слоев железа, меньших 7 А, намагниченность образцов обращается в нуль. Для выяснения магнитного состояния слоев железа при его толщинах, меньших 7 А, была приготовлена мультислойная структура [Ре(7 А)/ЫЪ(30 А)], повторенная 20 раз. Измерения намагниченности на этом образце, проведенные на сверхчувствительном магнитометре, не выявили никаких признаков ферро- или парамагнетизма [7]. Мы полагаем, что исчезновение ферромагнитного порядка в слоях Fe, находящихся между двумя слоями ЫЪ, происходит, благодаря взаимной диффузии атомов ЫЪ и Fe через интерфейс. Известно [13], что сплавы ЫЪ-Ре ферро-магнитны лишь при концентрациях Ре, превышающих 60 ат.%. Можно предположить, что на интерфейсах исследованных образцов образуются немагнитные интерметаллические соединения вблизи половинного состава, как того требует диаграмма состояний ЫЪ-Ре.
Образцы Ре^/Ре готовили методом радиочастотного распыления на монокристаллические подложки MgO (001), находящиеся при комнатной температуре. Измерения спектра малоуглового рентгеновского отражения показали, что для этих образцов шероховатость поверхностей и интерфейсов составляет 3 А.
В отличие от случая образцов Ре/ЫЪ/Ре момент насыщения в системе Ре/У/Ре не зависит от толщины слоев железа (рис. 3). Величина магнитного момента насыщения оказывается близкой к ее значению в массивном образце железа. Это означает, что в образцах Ре^/Ре мы имеем резкую границу перехода от одного материала к другому в совокупности с хорошей геометрической шероховатостью поверхностей и интерфейсов, о чем свидетельствуют данные по малоугловому рентгеновскому отражению. В случае размытости интерфейса вследствие взаимной диффузии мы наблюдали бы уменьшение М, особенно заметное в области малых ^Ре.
Образцы Ре/РЪ/Ре готовили методом радиочастотного распыления на монокристаллические сапфировые подложки, находящиеся при комнатной температуре [9, 10]. Мы обнаружили, что для этой системы получение достаточно малой шероховатости интерфейса - нетривиальная задача. Наши исследования показали, что наиболее важный параметр, определяющий качество интерфейса, - это скорость роста пленок. Было установлено, что оптимальная скорость напыления составляет 0.7 А • с-1. Вместе с тем детальный анализ показывает, что наблюдаемые четкие осцилляции в малоугловом спектре отражения рентгеновских лучей в значительной степени обусловливаются близким к подложке слоем Ре с параметром шероховатости порядка 3 А. Форма спектра вблизи кри-
Интенсивность, отн. ед 108
106
104
5 А
3
20, град
Рис. 1. Спектры рентгеновского отражения, измеренные на излучении Мо^а1, образцов Ре/ЫЪ/Ре с различными толщинами слоев железа. Сплошная линия получена при модельных вычислениях, использующих формализм Парратта [12]. Структура мультислоев показана на вставке.
25
~г
^Ре, А 10
0.05
0.10 0.15
ШРе, 1/А
0.20
Рис. 2. Намагниченность насыщения трехслойных образцов Ре/ЫЪ/Ре, приготовленных методом радиочастотного распыления, в зависимости от обратной толщины слоев железа. Сплошная линия - линейная экстраполяция.
М, кГс 3.0 г
2.5 2.0 1.5 1.0 0.5
• •
0
10
20
30 40
¿Ре, А
Рис. 3. Магнитный момент насыщения образцов Ре/^Ре при различных толщинах слоев железа.
7
9 ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 № 2 2007
282
ГАРИФУЛЛИН и др.
тического угла указывает на то, что для второго интерфейса РЬ/Бе шероховатость уже превышает 35 А. Так же, как и для системы Бе/У/Бе, намагниченность насыщения в трехслойных пленках не зависит от А?Ре, что свидетельствует о резком переходе на интерфейсе от одного материала к другому.
выводы
Подводя итоги, можно заключить, что представленные в работе результаты позволяют предположить, что диаграмма состояний играет определяющую роль в формировании структуры интерфейсов мультислоев. Так, наивысшего качества интерфейса можно добиться в мультислоях, компоненты которых имеют неограниченную взаимную растворимость, как это происходит в случае системы V/Fe. Именно для мультислоев [V/Fe] были получены рекордные результаты [14]. Комбинация двух монослоев Fe и 11 монослоев V, повторенная 20 раз, показала исключительно высокое качество структуры и магнитных характеристик. Резкий переход от одного материала к другому на границе раздела можно естественным образом получить и при полном отсутствии растворимости компонент мультислоев, как в случае системы Pb/Fe. Однако в этом случае вследствие островкового роста одного слоя на другом, причина которого - это отсутствие смачиваемости, геометрическая шероховатость интерфейсов оказывается значительной. Отсутствие взаимной диффузии на интерфейсе в этих двух случаях обусловливается энергетическими причинами. В первом случае это нулевой энергетический выигрыш, во втором налицо проигрыш в энергии. Что же касается систем, для которых, в соответствии с диаграммой состояний, имеются интерметалличе-
ские соединения, образующиеся с выделением энергии, то получение резкого перехода от одного материала к другому сопряжено со значительными трудностями.
Работа была поддержана РФФИ, грант № 0502-17198.
СПИСоК ЛИТЕРАТУРы
1. Baibich M.N., Broto J.M., Fert Л. et al. // Phys. Rev. Lett. 1988. V. 61. P. 2472.
2. Binasch G., Grünberg P., Saurenbach F., Zinn W. // Phys. Rev. B. 1989. V. 39. P. 4828.
3. Bergeret F.S., Volkov Л.F, Efetov KB. // Rev. Mod. Phys. 2005. V. 77. P. 1321.
4. Oh Sangjun, Youm D, Beasley M.R. // Appl. Phys. Lett. 1997. V. 71. P. 2376.
5. Tagirov L.R. // Phys. Rev. Lett. 1999. V. 83. P. 2058.
6. Mühge Th., Garifyanov N.N., Goryunov Yu. V. et al. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. P. 1857.
7. Mühge Th., Westerholt K., Zabel H. et al. // Phys. Rev. B. 1997. V. 55. P. 8945.
8. Garifullin 1.Л., Tikhonov DA., Garifyanov N.N. et al. // Phys. Rev. B. 2002. V. 66. P. 020505(R).
9. Lazar L., Westerholt K., Zabel H. et al. // Thin Solid Films. 1999. V. 354. P. 93.
10. Lazar L., Westerholt K., Zabel H. et al. // Phys. Rev. B. 2002. V. 61. P. 3711.
11. Диаграммы состояний двойных металлических систем. Т. 2 / Под ред. Лякишева Н.П. М.: Машиностроение, 1997.
12. Parratt L.G. // Phys. Rev. 1954. V. 95. P. 359.
13. Chien C.L., Unrich K.M., Liou S.H. // J. Appl. Phys. 1982. V. 53. P. 7756.
14. Isberg P., Hjörvarsson B, Wäppling R. et al. // Vacuum 1997. V. 48. P. 483.
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ том 71 < 2 2007
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.