1Уральский Государственный Университет,г.Екатеринбург, Россия

2Институт Физики Металлов УрО РАН, г.Екатеринбург, Россия

Плёночные образцы были получены методом ионного высокочастотного распыления. Они представляли собой многослойные пленки Gd/Cu в которых изменялась толщина слоёв Gd (L_Gd) при постоянной толщине прослоек Cu (L_Cu= 1 нм) или плёнки Gd/Si с одинаковой L_Gd =7,5 нм и разными L_Si (до 2 нм). Кроме того в рассмотрение были включены массивные образцы Gd и толстые однослойные плёнки Gd. Измерения магнитных свойств плёнок проводилось на вращательном анизометре. Для анализа микроструктуры использовался электронный микроскоп JEM-200.

На рис.1 точками показаны экспериментальные зависимости вращающего механического момента P от температуры T в массивном Gd (кривая 1) и в плёнках Gd/Cu. Видно, что переход от массивного состояния к плёночному сопровождается изменением хода кривых P(T) и значительным уменьшением температуры Кюри. Причём характерный перегиб на представленных зависимостях свидетельствует о магнитной неоднофазности плёночных образцов. Это, а также предположение об ослаблении обменного взаимодействия с увеличением дефектности материала, были использованы для феноменологического анализа магнитных свойств плёнок Gd, который был выполнен на основе теории молекулярного поля.

Оказалось, что для удовлетворительного описания кривых P(T) необходимо предполагать наличие как минимум трёх магнитных компонент (условно фаз): однородная фаза с концентрацией n₁ и температурой Кюри T_С1; однородная фаза с концентрацией n₂ и температурой Кюри T_С2 (T_С2 > T_С1); неоднородная фаза с концентрацией n₃, состоящая из магнитных областей с температурами Кюри, лежащими в диапазоне от T_С1 до T_С2. На рис.1 линиями изображены рассчитанные зависимости P(T) для образцов с L_Gd =15 нм (кривая 3) и L_Gd =720 нм (кривая 2). Для них взяты одинаковые значения параметров T_С1=150 К и T_С2 =250 К и получены следующие наборы концентраций фаз: n₁=0,55, n₂=0.03, n₃=0.42 и n₁=0, n₂=0.85, n₃=0,15. Как видно при таких подгоночных параметрах имеет место неплохое совпадение экспериментальных и теоретических зависимостей. В целом же расчёт показал, что с увеличением толщины слоев Gd концентрация n₁ уменьшается, концентрация n₂ монотонно растёт, а концентрация n₃ меняется немонотонно обнаруживая максимум в области L_Gd ~10² нм.

Рис.1 Рис.2

Согласно данным электронно-микроскопического анализа плёнки толщиной до 30 нм обладают ультрадисперсной структурой, характеризующейся средним размером кристаллитов 1-3 нм и большим объёмом межзёренных границ. Поскольку границы зёрен являются наиболее дефектными образованиями, то для них может быть свойственна меньшая температура Кюри, чем для самих зёрен. Если связать n₂ с объёмом кристаллитов, n₁ с объёмом межзёреннх границ, а n₃ с некими переходными областями между ядрами межзёренных границ и кристаллитов, то найденное изменение концентраций фаз может быть обусловлено ростом относительного объёма кристаллитов с увеличением толщины слоёв Gd.

Эксперимент и расчёты, выполненные для плёнок Gd/Si и для образцов, подвергнутых отжигу, в целом подтверждают высказанное предположение. Это, в частности, иллюстрируется рис.2, где показаны зависимости константы молекулярного поля l ₂ (для фазы с Т_С2) и n₁ от температуры отжига для образца с L_Gd =15 нм. Наблюдаемые изменения n₁ и l ₂ можно трактовать как свидетельства уменьшения объёма межзёренных границ и дефектности кристаллитов при отжиге.

Литература:

[1] N.Heiman and N. Kazama // J.Appl.Phys. 49(1978),p.1686

e-mail: asf@asf.e-burg.ru