"Журнал технической физики"
Издателям
Вышедшие номера
Магнитная анизотропия пленок (Gd, Bi)3Fe5O12 с ориентацией (100) и (110)
Рандошкин В.В.1, Козлов В.И.1, Мочар В.Ю.1, Васильева Н.В.1, Воронов В.В.1
1Совместная хозрасчетная лаборатория "Магнитооптоэлектроника" Института общей физики РАН при Мордовском государственном университете им. Н.П. Огарева, Саранск, Россия
Поступила в редакцию: 28 мая 1996 г.
Выставление онлайн: 20 июля 1997 г.

Один из путей повышения быстродействия магнитооптических устройств на базе висмутсодержащих монокристаллических пленок феррит-гранатов состоит в использовании пленок с ромбической магнитной анизотропией [1-5]. Такая магнитная анизотропия, в частности, имеет место, если в состав пленок с ориентацией, отличной от (111), вместе с ионами Bi3+ входят ионы Y3+ [2, 6-9]. Ромбическая анизотропия обнаружена также в пленках, содержащих дополнительно ионы Gd3+ [10,11]. Однако остается неясным, вносят ли ионы Gd3+ вклад в анизотропию или же она полностью определяется парой ионов Bi3+ и Y3+. Поиску ответа на этот вопрос и посвящена настоящая работа. Пленки состава BixGd3-xFe5O12 выращивали методом жидкофазной эпитаксии из переохлажденного раствора-расплава на основе PbO-Bi2O3-B2O3 на подложках Nd3Ga5O12 с ориентацией, близкой к (100) и (110). Кристаллографическую ориентацию (угол theta отклонение их плоскости от базисной) контролировали на дифрактометре ДРОН-2.0 с точностью 0.1o. Рассогласование параметров решеток пленки и подложки delta a/a определяли стандартным методом по кривым качания, измеренным на двукристальном рентгеновском спектрометре. Спектрометр был собран на базе дифрактометра ДРОН-3М и блока монохроматора с использованием совершенного кристалла Ge и отражения (333). Для идентификации пиков от пленки и подложки записывали кривые качания для двух порядков отражений и сравнивали соотношения интенсивностей пиков. Для исследованных пленок наблюдается только один практически не искаженный дифракционный пик. Расчет линейного коэффициента поглощения для пленок состава BixGd3-xFe5O12 при 0,5<x<1 дает значение линейного коэффициента поглощения mu~1500 см-1 для излучения Cu Kalpha. Оценку максимальной толщины пленки hmax, позволяющей проводить запись кривых качания от пленки и подложки, проводили по формуле [12-14] hmax=k(sintheta)/(2mu), (1) где k=4.61 для случая, когда доля интенсивности излучения рассеянного излучения от пленки составляет 99%; для этого случая hmax~7 мкм. Отсутствие второго пика можно трактовать как малую величину рассогласования, не позволяющую разрешить пики пленки и подложки. Верхний предел этого рассогласования можно оценить, приняв его равным половине полуширины наблюдаемой кривой качания Delta theta=20'', что дает delta a/a~8·10-5. Значения theta и delta a/a приведены в таблице. Учитывая отсутствие рассогласования параметров решеток пленки и подложки по данным табл. 9.4 в [12], определили, что x=0.78. Для оценки намагниченности насыщения 4pi Ms исследованных пленок использовали данные табл. 9.3 в [15]. Полагали, что в системе BixGd3-xFe5O12 намагниченность насыщения увеличивается с ростом x по линейному закону от значения, соответствующего Gd3Fe5O12, до значения, соответствующего гипотетическому гранату Bi3Fe5O12. Намагниченность насыщения для последнего считали такой же, как у Y3Fe5O12. Оценка дает 4pi Ms=500 Гс. [!b] #1.#2.#3. height #1pt depth #2pt width #3pt 8.3mm Результаты рентгеновских и резонансных измерений для пленок (Gd, Bi)3Fe5O12 l|l|l 12.6.0. Ориентация&(100)&(110) 11.0.0. theta, grad&   2.3&   1.6 delta a/a·104&<0.8&<0.8 Hin min, Ое&   3130&   2240 Hin max, Ое&   3490&   3330 delta Hmin, Ое&   360&   1090 2Delta Hmin, Ое&   170&   70 Hn, Ое&   3390&   4300 2Delta Hn, Ое&   170&   70 Heff, Ое& -207 & -870 [!t] [width=]23323-1.eps Азимутальная зависимость Hin(varphi) резонансного поля при параллельном резонансе для пленок с ориентацией (100). [!tb] [width=]23323-2.eps Азимутальная зависимость Hin(varphi) резонансного поля при параллельном резонансе для пленок с ориентацией (110). Параметры магнитной анизотропии исследовали методом ферромагнитного резонанса на частоте 9.34 ГГц. При этом регистрировали резонансные поля при ориентации внешнего магнитного поля перпендикулярно (Hn, перпендикулярный резонанс) и параллельно (Hin, параллельный резонанс) плоскости пленки, а также соответствующие значения ширины линии резонанса 2Delta Hn и 2Delta Hin. Для определения анизотропии в плоскости пленки регистрировали азимутальные зависимости Hin(varphi) при параллельном резонансе. Результаты измерений приведены в таблице, где Hin min и Hin max --- минимальное и максимальное значения резонансного поля при параллельном резонансе соответственно, delta Hin --- разность этих значений. Поскольку исследуемые пленки не содержат быстрорелаксирующих магнитных ионов, а гиромагнитное отношение медленнорелаксирующих ионов Gd3+ и Fe3+ одинаково и составляет gamma0=1.76·107 Ое-1· c-1, то и для феррит-граната в соответствии с формулой Уангснесса [1,16] gamma=(MGd+MFe)/(MGd /gammaGd+MFe/gammaFe), (2) эффективное значение гиромагнитного отношения gamma равно gamma0. Здесь MGd --- суммарный магнитный момент ионов Gd3+ в додекаэдрической подрешетке структуры граната, MFe --- суммарный магнитный момент ионов Fe3+ в тетра- и октаэдрической подрешетках. Это обстоятельство позволяет в отличие от [17,18] определить эффективное поле магнитной анизотропии Heff только по данным перпендикулярного резонанса, для которого резонансное соотношение можно записать как omega/gamma=Heff+Hn, (3) где omega --- круговая частота ферромагнитного резонанса. Тот факт, что ионы Gd3+ и Fe3+ в динамике ведут себя одинаково, подтверждается результатами исследований вблизи точки компенсации момента импульса [5,18,19]. В частности, при введении ионов Gd3+ в состав пленки уровень замещения железа немагнитными ионами, необходимый для обеспечения компенсации момента импульса, снижается. Значения Heff приведены в таблице. Типичные зависимости Hin(varphi) для пленок с ориентацией (100) и (110) приведены на рис. 1 и 2 соответственно, где на вставках показано расположение кристаллографических осей в плоскости пленки. Видно, что для пленок с ориентацией (100) наличие четырех эквидистантных максимумов на кривой Hin(varphi) (рис. 1) отражает кристаллографическую анизотропию пленки, а их положение соответствует осям типа (100). При этом значение delta Hin относительно невелико (см. таблицу). В пленках с ориентацией (110) по сравнению с ориентацией (100) магнитная анизотропия в плоскости пленки выше более чем в 3 раза (ср. значения delta Hin в таблице). При этом на азимутальной зависимости резонансного поля при параллельном резонансе (рис. 2) наблюдается только два пика, что характерно для пленок с ромбической магнитной анизотропией. Сравнение приведенной выше оценки 4pi Ms и приведенных в таблице значений Heff позволяет заключить, что основной вклад в эффективное поле магнитной анизотропии вносят поля размагничивания. Таким образом, в настоящей работе показано, что в пленках феррит-гранатов с ориентацией (110), содержащих в додекаэдрической подрешетке только ионы Gd3+ и Bi3+, в процессе эпитаксиального роста наводится ромбическая магнитная анизотропия.
  1. Зюзин А.М. // ФТТ. 1989. Т. 31. Вып. 7. С. 109--112
  2. Крупичка С. Физика ферритов и родственных им магнитных окислов. М.: Мир, 1976. Т. 2. 504 с
  3. Ваньков В.Н., Зюзин А.М., Старостин Ю.В. // Письма в ЖТФ. 1982. Т. 18. Вып. 21. С. 66--70
  4. Кирсанов Г.Г., Корнев Ю.В., Семенцов Д.И., Сидоренков В.В. // ФММ. 1986. Т. 61. N 4. C. 750--755
  5. Семенцов Д.И., Сидоренков В.В. // ФММ. 1988. Т. 65. N 2. C. 219--223
  6. Makino H., Hidaka Y. // Mat. Res. Bull. 1981. Vol. 16. N 8. P. 957--966
  7. Сабитов Р.М., Вахитов Р.М., Шанина Е.Г. // Микроэлектроника. 1989. Т. 18. N 3. C. 266--273
  8. Ваньков В.Н., Зюзин А.М. // ЖТФ. 1992. Т. 62. Вып. 5. С. 119--129
  9. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973. 591 с
  10. Кочин Н.Е. Векторное исчисление и начала тензорного исчисления. М.: Наука, 1965. 426 с

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.