МАГНИ́ТНЫЕ ПЛЁНКИ

МАГНИ́ТНЫЕ ПЛЁНКИ, слои ма­те­риа­ла тол­щи­ной от до­лей на­но­мет­ра до не­сколь­ких со­тен на­но­мет­ров, об­ла­даю­щие маг­нит­ны­ми свой­ст­ва­ми. В М. п. об­на­ру­жи­ва­ют осо­бые фи­зич. свой­ст­ва, не на­блю­даю­щие­ся в объ­ём­ных об­раз­цах.

Су­ще­ст­вен­ное влия­ние на фи­зич. свой­ст­ва М. п. ока­зы­ва­ет их кри­стал­лич. струк­ту­ра. Кри­стал­лич. ре­шёт­ка М. п. об­ла­да­ет вы­со­кой кон­цен­тра­ци­ей де­фек­тов. Де­фек­ты и не­од­но­род­но­сти су­ще­ст­ву­ют во всех плён­ках, по­сколь­ку ус­ло­вия на­пы­ле­ния как эпи­так­си­аль­ных (мо­но­кри­стал­ли­че­ских), так и по­ли­кри­стал­лич. плё­нок да­ле­ки от рав­но­вес­ных. Это по­зво­ля­ет ато­мам пе­ре­ме­щать­ся из уз­лов кри­стал­лич. ре­шёт­ки в ме­жуз­ло­вые по­ло­же­ния. Воз­мож­ность та­ко­го пе­ре­ме­ще­ния ха­рак­те­ри­зу­ет не­рав­но­вес­ное со­стоя­ние ре­шёт­ки, ко­то­рое за­ви­сит от фи­зи­ко-тех­но­ло­гич. па­ра­мет­ров (сте­пе­ни ва­куу­ма, темп-ры и струк­тур­ных па­ра­мет­ров под­лож­ки, ско­ро­сти кон­ден­са­ции и фи­зич. при­ро­ды ис­па­ряе­мо­го ма­те­риа­ла). В плён­ках об­ра­зу­ет­ся ог­ром­ное чис­ло разл. не­рав­но­вес­ных со­стоя­ний, ко­то­рым со­от­вет­ст­ву­ют оп­ре­де­лён­ные маг­нит­ные свой­ст­ва. Для при­ве­де­ния плён­ки в рав­но­вес­ное со­стоя­ние не­об­хо­ди­ма по­сле­дую­щая тер­мо­об­ра­бот­ка. Струк­ту­ра и фи­зич. свой­ст­ва плё­нок так­же за­ви­сят от тол­щи­ны плён­ки; при её умень­ше­нии воз­рас­та­ет вклад по­верх­но­ст­ных про­цес­сов по срав­не­нию с объ­ём­ны­ми.

Наи­боль­ший прак­тич. ин­те­рес пред­став­ля­ют тон­кие М. п. Их свой­ст­ва оп­ре­де­ля­ют­ся в пер­вую оче­редь эф­фек­та­ми, свя­зан­ны­ми с ма­лой тол­щи­ной, – т. н. раз­мер­ны­ми эф­фек­та­ми. Это за­ви­си­мость темп-ры маг­нит­ных фа­зо­вых пе­ре­хо­дов и спон­тан­ной на­маг­ни­чен­но­сти от тол­щи­ны плён­ки. Кро­ме то­го, на свой­ст­ва М. п. влия­ют под­лож­ка, на ко­то­рую про­ис­хо­дит оса­ж­де­ние, и на­ли­чие де­фек­тов и при­ме­сей. Тон­кие плён­ки под­раз­де­ля­ют на три ти­па. В пер­вом (тол­щи­на бо­лее 10 нм пре­дел тол­стой плён­ки) при воз­рас­та­нии тол­щи­ны свой­ст­ва плён­ки стре­мят­ся к свой­ст­вам объ­ём­но­го ма­те­риа­ла. В про­ме­жу­точ­ном ти­пе (тол­щи­на от 1 до 10 нм) плён­ки (напр., эпи­так­си­аль­ные) бо­лее или ме­нее од­но­род­но на­пря­же­ны и влия­ние гра­ни­цы раз­де­ла с под­лож­кой ещё срав­ни­тель­но не­ве­ли­ко. В ульт­ра­тон­кой плён­ке (ме­нее 1 нм) влия­ние меж­фаз­ных гра­ниц край­не ве­ли­ко и свой­ст­ва плён­ки в зна­чит. сте­пе­ни оп­ре­де­ля­ют­ся гео­мет­ри­ей ли­нии раз­де­ла с под­лож­кой. Да­же са­мые со­вер­шен­ные ме­то­ды не по­зво­ля­ют по­лу­чить иде­аль­ную дву­мер­ную плён­ку (один слой ато­мов) и от­ве­тить на фун­дам. во­прос о воз­мож­но­сти су­ще­ст­во­ва­ния маг­нит­но­го упо­ря­до­че­ния в иде­аль­ной дву­мер­ной М. п. при темп-ре, от­лич­ной от 0 К. Маг­нит­ные свой­ст­ва этих трёх ти­пов плё­нок су­ще­ст­вен­но раз­ли­ча­ют­ся. Так, экс­пе­ри­мен­ты по­ка­за­ли, что за­мет­ное умень­ше­ние спон­тан­ной на­маг­ни­чен­но­сти и тем­пе­ра­ту­ры Кю­ри на­сту­па­ет лишь в М. п. тол­щи­ной ме­нее де­сят­ка атом­ных сло-­ёв ( < 3 нм). В об­лас­ти низ­ких тем­пе­ра­тур на­блю­да­ет­ся пе­ре­ход от Бло­ха за­ко­на для за­ви­си­мо­сти на­маг­ни­чен­но­сти от темп-ры, вы­пол­няю­ще­го­ся для тол­стых фер­ро­маг­нит­ных плё­нок, к поч­ти ли­ней­но­му спа­ду на­маг­ни­чен­но­сти с темп-рой в ульт­ра­тон­ких плён­ках.

К М. п. от­но­сят­ся так­же плён­ки, по­лу­чен­ные че­ре­до­ва­ни­ем мно­же­ст­ва сло­ёв маг­ни­то­упо­ря­до­чен­ных и маг­ни­то­не­упо­ря­до­чен­ных ма­те­риа­лов. В та­ких муль­ти­с­лои­стых струк­ту­рах ме­ж­ду маг­нит­ны­ми слоя­ми осу­ще­ст­в­ля­ет­ся ос­цил­ли­рую­щее кос­вен­ное об­мен­ное взаи­мо­дей­ст­вие, на­зы­вае­мое меж­слой­ным об­мен­ным взаи­мо­дей­ст­ви­ем. Оп­ти­че­ские и маг­нит­ные свой­ст­ва та­ких плё­нок за­ви­сят от тол­щи­ны сло­ёв и их чис­ла.

В М. п. воз­ни­ка­ют разл. ви­ды маг­нит­ной ани­зо­тро­пии, ко­то­рые су­ще­ст­вен­но влия­ют на про­цес­сы пе­ре­маг­ни­чи­ва­ния тон­ко­п­лё­ноч­ных об­раз­цов. Од­но­на­прав­лен­ная (об­мен­ная) ани­зо­тро­пия воз­ни­ка­ет в слои­стых плё­ноч­ных маг­нит­ных струк­ту­рах на по­верх­но­сти раз­де­ла фер­ро­маг­нит­ной и ан­ти­фер­ро­маг­нит­ной плё­- нок. Ме­ха­низм воз­ник­но­ве­ния об­мен­ной ани­зо­тро­пии обу­слов­лен на­ли­чи­ем меж­слой­но­го об­мен­но­го взаи­мо­дей­ст­вия меж­ду фер­ро­маг­нит­но упо­ря­до­чен­ны­ми спи­на­ми фер­ро­маг­нит­ной плён­ки и ан­ти­фер­ро­маг­нит­но упо­ря­до­чен­ны­ми спи­на­ми ан­ти­фер­ро­маг­нит­ной плён­ки, осу­ще­ст­в­ляе­мо­го че­рез гра­ни­цу раз­де­ла ме­ж­ду плён­ка­ми. Од­но­на­прав­лен­ная ани­зо­тро­пия про­яв­ля­ет­ся в воз­ник­но­ве­нии сме­щён­ной пет­ли маг­нит­но­го гис­те­ре­зи­са. В тон­ких плён­ках на­блю­да­ет­ся так­же ани­зо­тро­пия ти­па лёг­кая плос­кость (все на­прав­ле­ния в плос­ко­сти плён­ки эк­ви­ва­лент­ны). Од­на­ко при тол­щи­не мень­ше не­ко­то­рой пре­дель­ной ве­ли­чи­ны знак кон­стан­ты ани­зо­тро­пии из­ме­ня­ет­ся и воз­ни­ка­ет ани­зо­тро­пия ти­па лёг­кая ось с осью ани­зо­тро­пии, пер­пен­ди­ку­ляр­ной плос­ко­сти плён­ки. При­чи­на по­яв­ле­ния пер­пен­ди­ку­ляр­ной маг­нит­ной ани­зо­тро­пии в ульт­ра­тон­ких маг­нит­ных плён­ках – до­ми­ни­ро­ва­ние над ани­зо­тро­пи­ей фор­мы др. ме­ха­низ­мов ани­зо­тро­пии, а имен­но ани­зо­тро­пии Не­еля и ани­зо­тро­пии по­верх­но­сти раз­де­ла (по­верх­но­ст­ной ани­зо­тро­пии). Про­цесс на­маг­ни­чи­ва­ния тон­ких плё­нок су­ще­ст­вен­но за­ви­сит от на­прав­ле­ния, в ко­то­ром при­ло­же­но внеш­нее маг­нит­ное по­ле. Ес­ли к плён­ке в про­цес­се её фор­ми­ро­ва­ния или по­сле­дую­щей тем­пе­ра­тур­ной об­ра­бот­ки при­ло­жить внеш­нее маг­нит­ное по­ле, то в ней мо­жет воз­ник­нуть до­пол­нит. тек­сту­ра.

В М. п. су­ще­ст­ву­ет осо­бая до­мен­ная струк­ту­ра (см. Маг­нит­ная до­мен­ная струк­ту­ра). В тон­ких плён­ках, в от­ли­чие от объ­ём­ных ма­те­риа­лов, реа­ли­зу­ют­ся не до­мен­ные стен­ки Бло­ха, а до­мен­ные стен­ки Не­еля, в ко­то­рых по­во­рот век­то­ра на­маг­ни­чен­но­сти про­ис­хо­дит так, что его со­став­ляю­щая, нор­маль­ная к по­верх­но­сти стен­ки, из­ме­ня­ет­ся внут­ри стен­ки, т. е. маг­нит­ный мо­мент при дви­же­нии вдоль на­прав­ле­ния, пер­пен­ди­куляр­но­го плос­ко­сти стен­ки, вра­ща­ет­ся в плос­ко­сти, па­рал­лель­ной плос­ко­сти плён­ки. Кро­ме то­го, в тон­ких М. п. воз­ни­ка­ет осо­бый вид до­мен­ных сте­нок – «по­пе­реч­ные» до­мен­ные стен­ки, пред­став­ляю­щие со­бой ком­би­на­цию сте­нок бло­хов­ско­го и не­елев­ско­го ти­пов. В тон­ких М. п. су­ще­ст­ву­ет так­же осо­бый тип до­ме­нов – ци­лин­д­ри­че­ские маг­нит­ные до­ме­ны.

М. п. по­лу­ча­ют разл. фи­зич. и хи­мич. спо­со­ба­ми. Наи­бо­лее из­вест­ные ме­то­ды по­лу­че­ния М. п.: те­п­ло­вое и ла­зер­ное ис­па­ре­ние, мо­ле­ку­ляр­но-лу­че­вая эпи­так­сия, элек­трон­но-лу­че­вое, ка­тод­ное и вы­со­ко­час­тот­ное рас­пы­ле­ние с по­сле­дую­щей кон­ден­са­ци­ей пе­ре­сы­щен­ных па­ров оса­ж­дае­мо­го ма­те­риа­ла на под­лож­ку из ди­элек­три­ка или ме­тал­ла. М. п., по­лу­чен­ные при от­но­си­тель­но низ­ких темп-рах под­лож­ки, со­сто­ят из кри­стал­ли­тов, раз­ме­ры ко­то­рых зна­чи­тель­но мень­ше, чем у мас­сив­ных об­раз­цов. В кон. 20 – нач. 21 вв. ак­тив­но раз­ви­ва­ют­ся та­кие ме­тоды по­лу­че­ния М. п., как элек­тро­хи­мич. оса­ж­де­ние, тех­но­ло­гия Лен­гмю­ра – Блод­жетт (см. Лен­гмю­ра – Блод­жетт плён­ки), золь-гель про­цес­сы, по­ли­мер­ные и др. тех­но­ло­гии, по­зво­ляю­щие соз­да­вать на­но­ком­по­зит­ные, на­но­ст­рук­ту­ри­ро­ван­ные и др. плён­ки с уни­каль­ным со­че­та­ни­ем маг­нит­ных, элек­трич. и др. фи­зич. свойств.

Совр. экс­пе­рим. ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния (ска­ни­рую­щая тун­нель­ная и атом­но-си­ло­вая мик­ро­ско­пии и их раз­но­вид­но­сти, про­све­чи­ваю­щая элек­трон­ная мик­ро­ско­пия вы­со­ко­го раз­ре­ше­ния, ме­то­ды маг­нит­но­го ре­зо­нан­са, оп­тич. и маг­ни­то­оп­тич. ме­то­ды) де­ла­ют воз­мож­ным де­таль­ное изу­че­ние струк­тур­ных, элек­трон­ных и маг­нит­ных свойств М. п. Эти ме­то­ды по­зво­ля­ют, в ча­ст­но­сти, с точ­но­стью до од­но­го ато­ма ви­зуа­ли­зи­ро­вать кри­стал­лич. струк­ту­ру и на­прав­ле­ние маг­нит­ных мо­мен­тов плён­ки.

М. п. при­ме­ня­ют­ся в мик­ро­элек­тро­ни­ке, при­бо­ро­строе­нии, в сис­те­мах за­пи­си и хра­не­ния ин­фор­ма­ции. В нач. 21 в. осо­бое вни­ма­ние уде­ля­ет­ся М. п., об­ла­даю­щим эф­фек­том ги­гант­ско­го маг­ни­то­со­про­тив­ле­ния, и плён­кам слож­но­го со­ста­ва, вклю­чаю­щим в се­бя, напр., маг­нит­ные и сег­не­то­элек­трич. слои или маг­нит­ные и по­ли­мер­ные слои. При этом, напр., за счёт маг­ни­то­ст­рик­ци­он­но­го уд­ли­не­ния маг­нит­но­го слоя мо­жет по­яв­лять­ся пье­зо­элек­трич. эф­фект в сег­не­то­элек­трич. слое или маг­ни­то­ка­ло­рич. эф­фект в маг­нит­ном слое мо­жет вы­звать фа­зо­вый пе­ре­ход из не­рас­тво­ри­мой фа­зы в рас­тво­ри­мую в по­ли­мер­ном слое.