Магнитные свойства и гигантский магнитный импеданс многослойных пленочных элементов на основе пермаллоя : диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук : 01.04.11

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………… 5

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………… 22

1.1 Феноменология ГМИ эффекта …………………………………………………………… 22

1.2 Особенности технологии получения пленочных структур с высокой
магнитной проницаемостью и роль условий получения в формировании
их структуры и магнитных свойств ………………………………………………………… 26

1.3 Особенности влияния температуры на магнитоимпедансные свойства
многослойных тонких пленок …………………………………………………………………. 32

1.4 Некоторые аспекты СВЧ-исследований ……………………………………………. 33

1.5 ГМИ пленочные структуры с модифицированной поверхностью или
покрытиями …………………………………………………………………………………………….. 34

1.6 Возможности применения ГМИ пленочных наноструктур в качестве
чувствительного элемента специализированных детекторов слабых
магнитных полей……………………………………………………………………………………… 36

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1 …………………………………………………………………………………… 38

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ, ОБРАЗЦЫ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ
МЕТОДИКИ ………………………………………………………………………………………………….. 42

2.1. Пленки на основе пермаллоя и железа ……………………………………………… 42

2.1.1 Магнетронное распыление ……………………………………………………………… 42

2.1.2 Методы исследования структуры тонких пленок ………………………….. 48

2.1.3 Методы исследования статических магнитных свойств ………………… 51

2.1.4 Магнитодинамические характеристики: измерение в
высокочастотном и сверхвысокочастотном диапазоне ………………………….. 54
2.1.5. Техническое обеспечение исследования ГМИ тонкопленочных
элементов в фиксированном интервале температур………………………………. 59

2.1.6 Описание основных параметров математического моделирования
ГМИ элементов………………………………………………………………………………………… 60

2.2 Технология получения пленочных структур на основе FeNi для
исследования низкотемпературной конденсации углерода ……………………. 61

2.3 Наночастицы оксида железа, феррожидкости и феррогели на их основе
для ГМИ приложений ……………………………………………………………………………… 65

ГЛАВА 3. МНОГОСЛОЙНЫЕ ТОНКОПЛЕНОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ С
ОСОБЕННОСТЯМИ ГЕОМЕТРИИ…………………………………………………………….. 68

3.1 Некоторые аспекты перемагничивания многослойных пленочных
элементов на основе FeNi…………………………………………………………………………. 68

3.2 Исследование магнитостатических и магнитодинамических свойств
многослойных пленочных элементов на основе FeNi с различной
толщиной магнитных слоев …………………………………………………………………….. 76

3.3 Многослойные элементы с различным количеством магнитных слоев82

3.4 Свойства однослойных и многослойных пленочных элементов на
основе FeNi на твердых и гибких подложках в сверхвысокочастотном
диапазоне………………………………………………………………………………………………….. 94

3.5 Исследование магнитных свойств и магнитного импеданса FeNi
тонкопленочных элементов на подложках из стекла и полимера в
температурном интервале 25 – 50 оС ……………………………………………………… 106

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3 …………………………………………………………………………………. 112

ГЛАВА 4. ПЛЕНОЧНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ Fe И FeNi С
УГЛЕРОДНЫМ ПОКРЫТИЕМ …………………………………………………………………. 114
4.1 Основные структурные и магнитные характеристики, кинетика
процесса низкотемпературной конденсации углерода на тонких пленках
железа и пермаллоя ……………………………………………………………………………….. 114

4.2 Роль кислорода в процессе формирования углеродного покрытия при
модификации поверхности в метилбензоле ………………………………………….. 123

4.3 ГМИ характеристики пленочных элементов после модификации их
поверхности в метилбензоле ………………………………………………………………….. 132

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 4 …………………………………………………………………………………. 137

ГЛАВА 5. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ
ГИГАНТСКОГО МАГНИТОИМПЕДАНСНОГО ЭФФЕКТА ………………….. 138

5.1 Пленочные элементы на основе сплава Fe20Ni80 на стеклянных и
полимерных подложках: перспективы использования в интегрируемых
детекторах малых магнитных полей …………………………………………………….. 138

5.2 ГМИ характеристики пленочных элементов в присутствии гидрогеля
или феррогеля ………………………………………………………………………………………… 144

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5 …………………………………………………………………………………. 156

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………… 157

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ………………………………………………………….. 161

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ …………. 162

В данной работе исследованы многослойные пленочные элементы на основе
пермаллоя как с одинаковым, так и с различным количеством магнитных слоев до
и после центрального слоя меди при наборе толщин магнитных слоев (25, 50, 100
и 170 нм). Сравнительно проанализирована связь между структурой,
статическими и динамическими магнитными свойствами многослойных пленок в
геометрии ГМИ-элементов [Cu/Fe20Ni80]n/Cu(500 нм)/[Fe20Ni80/Cu]m и
[Ti/Fe20Ni80]n/Cu(500 нм)/[Fe20Ni80/Ti]m от толщины и количествах магнитных
слоев, осажденных на стеклянные и гибкие полимерные основы. Проведены
модельные эксперименты и показана возможность создания на основе данных
элементов детекторов давления и биодетекторов.

Основные выводы диссертационной работы
1. Установлены основные закономерности формирования гистерезисных
свойств и магнитного импеданса (МИ) в наноструктурированных магнитных
элементах типа [Cu/Fe20Ni80]n/Cu/[Fe20Ni80/Cu]m и [Ti/Fe20Ni80]n/Cu/[Fe20Ni80/Ti]m в
форме полосок, осажденных на стеклянные и гибкие полимерные подложки, с
варьируемыми толщиной и количеством магнитных субслоёв. Показано, что:
1) в элементах с n=m (симметричная структура) наибольшие значения МИ
(ΔZ/Zmax около 200 %) реализуются в интервале толщин субслоёв 50100 нм;
2) при m