Изучение перестройки намагниченности, индуцированной механическими напряжениями в частицах с конфигурационной анизотропией

Цель работы: проект направлен на изучение магнитоупругого эффекта в ферромагнитных частицах с конфигурационной анизотропией. В таких частицах могут формироваться стабильные при комнатной температуре состояния с квазиоднородной намагниченностью, ориентация которой определяется симметрией и формой частиц. В частности, образование таких состояний возможно в субмикронных треугольных и четырехугольных частицах с вогнутыми в сторону центра частиц сторонами. Полученные результаты могут послужить физической основной для создания нового типа стрейнтронной запоминающей ячейки (MeRAM) или спинового клапана в виде двух плоских частиц с конфигурационной анизотропией с фиксированной (для первой) и относительно свободной (для второй) ориентацией намагниченности, разделенных туннельно-прозрачным зазором и размещенных на пьезоподложке. Объекты исследования: работе для создания ферромагнитных частиц использовался пермаллой (Py), содержащий Ni79%,Fe16%, Mo4%, и сплав CoNi, (Co18%, Ni82%), которые напылялись в условиях сверхвысокого вакуума. Для формирования на подложках треугольных и квадратных микрочастиц заданной формы применялись методы: 1) напыление через маску с микронными квадратными отверстиями; 2) сканирующая зондовая нанолитография (СЗНЛ); 3) усовершенствованный нами метод lift-off микросферной литографии. В последнем случае, используя литографические маски из монослоев микросфер диаметром 2.35 мкм, были получены упорядоченные структуры из треугольных частиц Py с вогнутыми стенками. Микросферная литография позволила сформировать большие массивы треугольных частиц, размеры и геометрические параметры которых существенно стабильнее, чем у частиц, изготовленных методом СЗНЛ. Краткое содержание работы: С помощью магнитно-силовой микроскопии (МСМ) показано, что полученные таким образом частицы с конфигурационной анизотропией, обладают квазиоднородной намагниченностью. Методами МСМ и с помощью компьютерного моделирования исследованы квазиоднородные магнитные состояния в частицах треугольной и квадратной формы микронного размера двух типов: с относительно небольшой вогнутостью и с максимальной вогнутостью боковых сторон. В том числе близких по форме к букве «Y» ( Y-частицы) и близких по форме к букве «X» (X-частицы). Экспериментально и путем компьютерного моделирования c помощью программы OOMMF продемонстрировано, что частицы могут находиться соответственно в одном из шести или четырех стабильных состояний с квазиоднородной намагниченностью, что связано с их конфигурационной симметрией. Определены значения внешних магнитных полей, при которых происходит переход частицы из одного состояния в другое. Механические напряжения в микрочастицах создавались: 1) путем изгиба тонкой стеклянной подложки; 2) механическим сжатием в тисках или термоиндуцированной анизотропной деформацией подложки кристалла ниобата лития, на которых были сформированы микрочастицы. В последнем случае квазиоднородную намагниченность удалось зарегистрировать при 25 гр.С в микрочастицах, сформированных на подложке при 60 гр.С. Нагрев этого образца до 90 гр.С также приводил к формированию в частицах квазиоднородной намагниченности. Термоиндуцированные магнитоупругие напряжения в частицах обусловлены анизотропией термического расширения или сжатия подложки из ниобата лития. Оценки показали, что изменение температуры подложки из ниобата лития относительно температуры напыления на 30 гр.С индуцирует в микрочастицах напряжения до 0.05G Ра. Определены механические напряжения для переключения между стабильными магнитными состояниями в сформированных У-частицах Py и квадратных частицах CoNi. Минимальные значения составили соответственно 1.6 и 0.1 МРа, что обусловлено существенно более высоким значением коэффициента магнитострикции насыщения у сплава CoNi. Усовершенствована теория для расчёта спин-поляризованных токов через туннельный магнитный наноконтакт для случая, когда намагниченности ферромагнитных слоев неколлинеарны. Данная теория была применена для расчёта TMR (туннельного магнитосопротивления) MeRAM-ячейки, состоящей из ферромагнитных частиц с конфигурационной анизотропией, обладающих квазиоднородными стабильными состояниями. Экспериментально и теоретически обоснована возможность использования для создания MeRAM У- и Х-частиц c конфигурационной анизотропией. Проведен анализ поведения TMR при различных приложенных потенциалах. Теоретические расчёты показали, МeRAM- ячейки могут обладать туннельным магнитосопротивлением до 52% в случае Y-частиц и до 254% для X-частиц.