Магнітна плівка - Фізична енциклопедія
МАГНІТНА ПЛІВКА - шар магн. речовини (зазвичай феро- або феримагнетика) товщиною від часток нанометра до дек. мікрометрів із низкою особливостей атомно-кристалліч. структури, магн., електрич. та ін фізичних властивостей, що відрізняють плівку від масивних магнетиків.
М. п.- зручний об'єкт дослідження властивостей твердого тіла (у т. ч. магнетизму), а також важливий матеріал суч. техніки (інтегральної електроніки, НВЧ-техніки та ін галузей).
Плівки одержують електролітич. осадженням металів і сплавів, вакуумним випаровуванням та конденсацією речовини на підкладці, катодним розпорошенням мішені, вирощуванням з розчину-розплаву, методами газотранспортних реакцій та ін. методами.
Структура і властивості плівок сильно залежать від температури випаровування матеріалу і температури підкладки, ступеня вакууму, чистоти підкладки, швидкості конденсації і кута падіння молекулярного (атомного) пучка на підкладку. Зокрема, стан та чистота поверхні підкладки визначають адгезію та міцність М. п.
При великому переохолодженні та пересиченні твердого розчину в М. п. виникають фазова, структурна та субструктурна нерівноважності: реалізуються мета-стабільні стани (див. Аморфні магнетики, Металеві скла), високотемпературні модифікації та фази, сильно пересичені розчини, створюються великі макро- та мікронапруги (Деформації), в полікристалліч. плівках виникає дуже висока дисперсність кристалітів та блоків, сильна розорнентація блоків, надмірна концентрація дефектів ґрат (вакансій, дислокацій та ін.). Великий вплив на властивості плівок мають різномаштабні пори. Монокристаліч. плівки з досконалою структурою одержують вирощуванням на монокристалліч. підкладках з ґратами близького структурного типу та зблизькими значеннями параметра грати (молекулярно-променева епітаксия, газофазна, рідкофазна епітаксия та ін).
При дослідженнях М. п. через малий обсяг магн. речовини зазвичай доводиться застосовувати високочутливі. прилади та методи [феррозонд, вібрац. магнітометр, магнітометр на ефекті Джозефсона (див. Сквід ), торсіонний анізометр, методи магнітного резонансу на НВЧ та ін.]. У той же час мала товщина М. п. їх прозорість або дзеркальна поверхня дозволяють застосовувати для дослідження плівок оптич. та магнітооптич. методи (засновані на Керра ефекті та Фарадея ефекті), еліпсометрію, а також методи електронної мікроскопії, що просвічує, що володіють високим простором. дозволом.
Принциповим питанням фізики тонких плівок вивчення т. зв. розмірних ефектів (зміна фізичних властивостей при зменшенні товщини плівок порівняно з властивостями масивного магнетика). Вивчення температурної залежності спонтанної намагніченості M s надтонких М. п. дозволяє перевіряти квантову теорію обмінної взаємодії електронів у двовимірних атомних ґратах, виявляти поверхневий магнетизм, поверхневу магн. анізотропію. Пряма і непряма обмінна взаємодія електронів вивчається на спеціально приготованих плівках з "модульованою" атомною структурою (система магн. і немагн. шарів, що чергуються, товщиною в один або дек. нанометрів).
Експерименти показали, що помітне зменшення М s настає лише в М. п. товщиною менше десятка атомних шарів (нм) і у цих же плівок виявляється вік-рое зниження температури Кюрі. З області низьких темп-р Т спостерігається перехід від відомого Блоха закону, що виконується для товстих феромагнів. плівок, до майже лінійного спаду намагніченості з темп-рою в надтонких М. п. Щоправда, такі "олігатомні"плівки найчастіше вже не є однорідними, а мають острівцеву структуру.
Спонтанна намагніченість M s М. п. визначається не лише хім. складом, а й фазовим станом конденсату, що залежить від умов осадження.
Фундам. властивістю М. п. є магнітна анізотропія, що характеризується типом симетрії, орієнтацією осей легкого намагнічування, енергетич. константами чи напруженістю Н А ефективного поля анізотропії. Поряд із магнітостатич. анізотропією форми та єств. кристалографічний. магн. анізотропією в монокристалліч. М. п., в текстурованих полікрісталліч. плівках (Со, MnBi та ін) може бути значить. наведена анізотропія разл. природи: магнітопружна (магнітострикційна) анізотропія; анізотропія спрямованого впорядкування атомів, що здійснюється в процесі зростання та термообробки М. п.; анізотропія спрямованого зростання зерен; орієнтація витягнутих пір; анізотропія розподілу магн. та немагн. домішок за межами зерен та ін. При осадженні плівок після терміч. випаровування у вакуумі в М. п. виникає анізотропія, викликана похилим падінням атомів на підкладку з утворенням ланцюжків кристалітів (механізм самозатінення), з похилою стовпчастою структурою. При епітаксійному зростанні М. п. із рідкої фази зі складним іонним складом, напр. плівок рідкісноземельних феритів-гранатів, виникає ростова анізотропія, обумовлена вибором. осадженням разл. іонів у "відкриті" додекаедрич. позиції певної площини зростання.
Результуюча анізотропія визначає тип магнітної доменної структури та характер процесів намагнічування М. п. У плівках з переважаючою анізотропією форми (фактор якості) спонтанна намагніченість лежить у площині зразка, і в цьому випадку утворюються витягнуті т.з. плоскі магнію. домени (ПМД).основ. процесом перемагнічування таких М. п. вздовж осі легкого намагнічування є рух доменних стінок, спостерігається прямокутна петля гістерезису з коерцитивною силою Н , що дорівнює полю старту незворотного зміщення стінок (кордонів).
У плівках з переважаючою перпендикулярною анізотропією (фактор якості) вісь легкого намагнічування (ОЛН) орієнтована нормалі до поверхні. У таких М. п. утворюються круглі магнітні циліндричні домени (ЦМД), щільна смугова або лабіринтна доменна структура. У чистих, практично бездефектних плівках петля гістерези дуже вузька () і нахилена. У певному інтервалі значень зовніш. поляH, прикладеного вздовж ОЛН, спостерігаються рівноважні ЦМД, які легко пересуваються по плівці під дією неоднорідного магн. поля. Ці рухливі ЦМД в ферит-гранатових М. п. використовуються як носії інформації в магн. запам'ятовуючих пристроях (ЗП).
До кінця 1980-х років досягнуто значить. прогрес в експеримент. і теоретичне дослідження М. п.- їх магн. мікроструктури, статики та динаміки доменної структури та структури міждоменних стінок. Виявлено сильний вплив тонкої структури стінок ("скрученості", наявності в них т. зв. Блоха ліній і Блоха точок) на їх поведінку в імпульсному та високочастотному магн. поле. Присутність ліній Блоха, що розділяють різнополярні ділянки стінки, по-перше, помітно знижує рухливість стінки через доповнення. розсіювання ел-магн. енергії, а по-друге, викликає зростання ефективної маси "жорсткої" стінки внаслідок накопичення кінетич. енергії в лініях Блоха, що переміщаються вздовж рухомої стінки (див. Доменної стінки динаміка ).просувається вздовж замкнутої стінки смугового домену в ферит-гранатових плівках.
Тонкі М. п. знайшли широке застосування в обчисл. техніці та автоматиці, в оптоелектроніці та інтегр. оптики. На базі М. п. виникла нова галузь науки та техніки – магн. мікроелектроніки. Плівкова (інтегральна) технологія дозволяє вирішувати актуальні завдання мікромініатюризації елементної бази та схемотехніки ЕОМ.
М. п. прийшли на зміну таких дискретних магн. елементів логіч. і пристроїв, що запам'ятовують, як феритові сердечники, трансфлюктори і пластини з отворами. Замість них було запропоновано використовувати матриці з пермалоєвих плям завтовшки
100 нм або циліндрич. М. п. (бронзові дроти, вкриті шаром пермалою товщиною близько 1 мкм) з замкнутими кільцевими по колу магн. доменів.
Створено т.з. доменні ЗУ, в яких брало елементом пам'яті є магн. домен із певною поляризацією спонтанної намагніченості. До них відносяться: пристрої на плоских магн. доменах, що просуваються в низькокоерцитивних каналах; ЗУ на рухомих ЦМД діаметром бл. 1 мкм, на ґратах ЦМД. Крім запису, просування, зберігання та зчитування цифрової інформації доменні пристрої на М. п. забезпечують виробництво осн. логіч. операцій (тобто обробку інформації). Твердотільні ЗУ на ЦМД мають високу надійність, компактність, енергонезалежність і малу чутливість до несприятливих зовнішніх. впливів. Величезна інформація. щільність та ємність ЦМД-мікросхем робить їх конкурентоспроможними із ЗУ на магн. дисках та барабанах.
Др. перспективний напрямок розвитку інформаційно-обчислить. систем полягає у розробці магнітооптич. пам'яті на М. п. (магнітооптичні диски). Цей напрямок передбачає використання лазерів, запису інформації термомагн.способом, а зчитування - за допомогою магнітооптич. ефектів Керра чи Фарадея. Як реверсивне середовище - носія інформації служать М. п. зі сполук типу TR (Т - перехідний метал, В - рідкісноземельний елемент), що забезпечують високу щільність запису (біт/см 2 ) і надійне магнітооптич. зчитування. Плівки з високою магнітооптичною. добротністю (напр., Bi-містять ферит-гранатові плівки) використовуються в оптич. дефлекторах та модуляторах, вентильних та перемикають. пристроях волоконно-оптич. ліній зв'язку.
Магнітно-м'які (пермалоєві) плівки використовуються при створенні магнітопроводів, полюсних наконечників з вузьким зазором у багатоканальний інтегр. магн. голівки для запису та індукції. зчитування інформації для магніторезистивного зчитування.
У НВЧ-техніці М. п. застосовуються у вигляді фільтрів поглинання та пропускання, фазообертачів та вентилів в інтегр. виконанні. У цих пристроях використовують такі явища, як феромагн. резонанс, спін-хвильові ефекти та магнітоакустич. коливання.
Тонкі феромагнітні плівки, пров. з ньому., М., 1964; Фізика тонких плівок, пров. з англ., Т. 1-8, М., 1967-78; Суху Р. Магнітні тонкі плівки, пров. з англ., М., 1967; Колотов О. С., Погожев Ст А., Телеснін Р. Ст, Методи та апаратура для дослідження імпульсних властивостей тонких магнітних плівок, М., 1970; Іллюшенко Л. Ф., Електролітично обложені магнітні плівки, Мінськ, 1972; Палатник Л. С., Фукс М. Я., Косевич Ст М., Механізм освіти і субструктура конденсованих плівок, М., 1972; Сухвало С. Ст, Структура та властивості магнітних плівок залізо-нікель-кобальтових сплавів, Мінськ, 1974; Лісник А. Р., Наведена магнітна анізотропія, До., 1976; Мочалов Ст Д., Магнітна мікроелектроніка, М., 1977; Балбашов А. М., Червоненкіс А. Я., Магнітніматеріали для мікроелектроніки, М., 1979; Іванов Р. Д., Магнітні металеві плівки в мікроелектроніці, М., 1980; Малоземов А., Слонзускі Дж., Доменні стінки у матеріалах з циліндричними магнітними доменами, пров. з англ., М., 1982; Елементи та пристрої на циліндричних магнітних доменах. Довідник, М., 1987. А. Р. Шишков.