Шуляренко Д. О. Температурні та концентраційні ефекти в електро- і магніторезистивних властивостях багатокомпонентних плівкових наноструктур.

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0822U100165

Здобувач

Спеціальність

  • 105 - Прикладна фізика та наноматеріали

23-12-2021

Спеціалізована вчена рада

ДФ 55.051.027

Сумський державний університет

Анотація

Дисертаційна робота присвячена встановленню загальних закономірностей впливу концентраційних, розмірних та температурних ефектів на електро- і магніторезистивні властивості нанорозмірних плівкових матеріалів, сформованих на основі пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 та Ag. У відповідності до поставлених задачами комплексних досліджень структурно-фазового стану та електро- і магніторезистивних властивостей нанорозмірних плівкових матеріалів на основі пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 та Ag були застосовані наступні методи: одночасна та пошарова електронно-променева конденсація у вакуумі; метод кварцового резонатора для вимірювання товщини in-situ; методи просвічуючої електронної мікроскопії, атомно-силової мікроскопії та електронографії для дослідження кристалічної структури і фазового складу; енергодисперсійний спектральний аналіз для визначення концентраційного складу зразків; метод високоточної резистометрії при дослідженні електрофізичних та магніторезистивних властивостей. Показано, що одношарові плівки пермалоєвого сплаву Ni80Fe20, як і одношарові плівки Ag, до та після термообробки за Тв = 700 К мають однофазний склад, що відповідає ГЦК-Ni3Fe (a = 0,353-0,355 нм) та ГЦК-Ag (a = 0,407-0,408 нм). З’ясовано, що фазовий стан нанорозмірних плівкових матеріалів сформованих на основі пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 та Ag після конденсації, незалежно від концентрації атомів срібла у системі, представляє собою комбінацію ГЦК-Ni3Fe + ГЦК-Ag з середніми значеннями параметрами граток (ГЦК-Ni3Fe) = 0,353 нм та (ГЦК-Ag) = 0,407 нм. Температурна обробка досліджуваних зразків за темпепературного інтервалу Тв = 300-700 К не змінює фазовий стан системи. Нанорозмірна система залишається двофазною: ГЦК-Ni3Fe + ГЦК-Ag з параметрами ґратки = 0,356 та 0,408 нм, відповідно. На мікрознімках кристалічної структури зразків за сAg =32-60 aт.%, можна виділити нанорозмірні зерна (L = 2-5 нм.) та кристаліти з середнім розміром до 50 нм, що відповідають відповідно феромагнітній та немагнітній компонентам системи. У випадку сAg > 70 aт.%, кристалічна структура плівкової системи (Ру+Ag)/П може бути описана так: нарозмірні зерна феромагнітної компоненти випадковим чином розподілені в об’ємі немагнітного матеріалу. Встановлені закономірності в концентраційних та розмірних залежностях питомого опору, термічного коефіцієнту опору та температури заліковування дефектів для нанорозмірних матеріалів в інтервалі концентрацій сAg = (5-95) ат.%. Показано, що додавання Ag до пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 та збільшенні концентрації cAg з 26 до 48 ат.% спричиняє зростання величини ρ у системі (Ру+Ag)/П до 2,5•10 – 7 Ом•м у порівнянні з даними для одношарових плівок пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 за d = 55 нм (ρ(Ру) = 2,0•10 – 7 Ом•м). Подальше збільшення концентрації атомів Ag призводить до різкого зменшення питомого опору до величини , характерної для одношарової плівки Ag(55)/П, що складає 1,7•10 – 7 Ом•м, що пов’язано зі зміна у кристалічній структурі зразків. На концентраційних залежностях β(сAg) спостерігається мінімум при сAg = 48 ат.%, якому відповідає величина β = 1,8•10 3 К-1. Показано, що для нанорозмірних плівкових матеріалів (Ру+Ag)/П також є характерним прояв розмірного ефекту в терморезистивних властивостях. Зростання загальної товщини з 20 до 100 нм спричиняє різке зменшення величини питомого опору у 5-6 разів, в той час як величина ТКО збільшується у 2-3 рази. Максимальне значення ізотропного магніторезистивного ефекту при вимірюванні за кімнатної температури для свіжосконденсованих зразків становить 1,85 % (cAg = 60 aт.% та d = 100 нм), а для термовідпалених – 1,80 % (Тв = 500 К, cAg = 60 aт.% та d = 60 нм). Збільшення індукції прикладеного зовнішнього магнітного поля з 500 мТл до 1,5 Т не впливає на форму польової залежності магнітоопору MО(B): гістерезис і насичення відсутні та при цьому відбувається зростання величини МО до 2,5%. Зменшення ж температури вимірювання з 300 до 10 К супроводжується подальшим зростаня амплітуди магніторезистивного ефекту до 3,8 %. У той же час розмірні залежності магнітоопору для нанорозмірних плівкових систем (Рy+Ag)/П характеризуються наявністю максимуму МО = 1,80% за товщини 60 нм та температури 500 К. Даний максимум зміщується в бік менших товщин (d = 50 нм) при зростанні температури відпалювання до 700 К і становить 0,85 Для свіжесконденсованих зразків характерним є зростання МО при зростанні товщини з виходом на насичення за d = 100 нм. У той же час залежності МО(d) для зразків після термообробки характеризуються наявністю максиму за товщини 60 нм та температури Тв = 500 К, що зміщується в бік менших товщин при зростанні Тв до 700 К. У випадку формування нанорозмірних матеріалів з використанням методу пошарової конденсації максимальне значення ізотропного МО = 0,35% отримано у випадку багатошарової системи [Py/Ag]16/П, тобто системи з максимальною кількістю повторів бішару Py/Ag. Це свідчить про більшу ефективність методу одночасної конденсації для реалізації ізотропного магнітоопору, величиною понад 1%.

Файли

Схожі дисертації