Козлов О. А. Термомагнітні ефекти в багатошарових наноструктурах на основі сильних і розбавлених феромагнетиків та антиферомагнетиків. — Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 104 Фізика та астрономія. — НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», Київ, 2026.
Дисертацію присвячено встановленню фізичних механізмів термічно індукованого перемикання міжшарового обмінного зв'язку у п'ятишарових магнітних наноструктурах Fe/Cr/FeCr/Cr/Fe (Кюрі-перемикачах), систематизації режимів їхньої роботи та розробці теоретичних моделей, що описують поведінку цих структур у діапазоні температур 200-400 К.
Актуальність теми зумовлена потребою створення спінтронних пристроїв із зовнішнім керуванням міжшаровим обмінним зв'язком. У класичних структурах Fe/Cr непряма обмінна взаємодія РККІ (Рудермана-Кіттеля-Касуя-Йосіди) визначається товщиною спейсера і слабко піддається зовнішньому впливу після виготовлення. Концепція Кюрі-перемикача усуває це обмеження: введення розбавленого феромагнітного прошарку Fe-Cr з температурою Кюрі поблизу кімнатної забезпечує оборотний перехід між феромагнітним та антиферомагнітним типами зв'язку.
Об'єкт дослідження — є п'ятишарові магнітні наноструктури
Fe(2)/Cr(0,4)/Fe_{x}Cr_{100−x}(0,9)/Cr(0,4)/Fe(2) (товщини в нм) з трьома кон
центраціями заліза в розбавленому прошарку: x = 17,5 ат.%,
x = 20 ат.% та x = 21 ат.%, виготовлені методом DC
магнетронного розпилення на підкладках Si(100). Від кожного зразка відділено
два фрагменти: для магнітометричних вимірювань (VSM, SQUID-VSM) та для
літографічного формування мікросмужок та магнетотранспортних досліджень.
Методи дослідження: DC-магнетронне розпилення, SQUID-VSM магнітометрія, двопровідні вимірювання магнетоопору на літографічно сформованих мікросмужках, а також макроспінові моделі міжшарового обміну (векторна модель когерентного обертання та колінеарна модель метамагнетика) і моделювання методом Монте-Карло з алгоритмом Метрополіса.
Встановлено ефективні температури Кюрі розбавленого прошарку: приблизно 325, 360 та 380 К для x = 17,5; 20 та 21 ат.% відповідно. Виявлено відсутність вираженої одновісної анізотропії в площині зразків: петлі гістерезису при різних кутах прикладення поля практично збігаються, що відповідає моделі обертальної анізотропії. Для зразка з x = 17,5 ат.% детально простежено оборотний перехід від феромагнітного (нижче 240 К) до антиферомагнітного (вище 325 К) типу зв'язку.
На мікросмужках шириною 9, 7 та 4 мкм уперше підтверджено можливість повністю електричного, безпольового перемикання магнітного стану при кімнатній температурі за рахунок джоулевого нагрівання постійним струмом; критична густина струму становить приблизно 1,39×10^11 А/м2. Максимальний ефект гігантського магнетоопору сягає 0,2%.
Побудовано дві макроспінові моделі, які дозволяють відновити температурні залежності білінійної та біквадратичної констант міжшарового обміну з експериментальних петель гістерезису, а також систематизовано чотири характерні температурні режими роботи Кюрі-перемикача. Отримано аналітичний вираз, що пов'язує ефективний параметр міжшарового зв'язку з магнітною сприйнятливістю розбавленого прошарку. Методом Монте-Карло досліджено вплив кластеризації атомів заліза на магнітну сприйнятливість і температуру переходу; встановлено, що ступінь кластеризації є технологічно керованим параметром оптимізації Кюрі-перемикача.
Наукова новизна результатів полягає в експериментальному підтвердженні повністю електричного безпольового перемикання Кюрі-перемикача, демонстрації ефекту гігантського магнетоопору в такій структурі, встановленні ізотропності магнітної анізотропії та побудові узгоджених теоретичних моделей на макро- та мікрорівні.
Практичне значення роботи полягає у демонстрації принципової можливості неруйнівного електричного керування магнітним станом спінового вентиля при кімнатній температурі, що відкриває перспективи застосування в термічно активованій магніторезистивній пам'яті (MRAM) та спін-торк наноосциляторах.
За матеріалами дисертації опубліковано 2 статті у наукових виданнях ( одна з яких індексуються у Scopus та Web of Science, Q1) та 4 тези доповідей на міжнародних і всеукраїнських конференціях.
Ключові слова: спінтроніка, міжшаровий обмінний зв'язок, РККІ-взаємодія, Кюрі-перемикач, синтетичні антиферомагнетики, гігантський магнетоопір, анізотропний магнетоопір, обертальна анізотропія, магнітні багатошарові структури, магнітна анізотропія, гетероструктури.
