Исследователи из Института теоретической и прикладной электродинамики РАН и МГУ им. М. В. Ломоносова разработали метод визуализации магнитных полей в тонких ферромагнитных плёнках, основанный на явлении магнетохимического эффекта – зависимости между скоростью протекания химической реакции и величиной магнитного поля. Работа учёных опубликована в журнале «Физика твёрдого тела».

Тонкие ферромагнитные плёнки, как и другие ферромагнетики, проявляют магнитные свойства только при охлаждении ниже определённой температуры. В обычных условиях домены (области с единым направлением элементарных магнитных полей) расположены внутри плёнки неупорядоченно. Поскольку ферромагнитные плёнки широко используются в современной микроэлектронике, необходимо разрабатывать методы визуализации магнитной структуры их поверхности.

Сегодня для исследования магнитных свойств поверхности плёнок применяют метод Биттера. В школьной программе его основная идея иллюстрируется опытом с железной стружкой, которая выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля. При изучении доменной структуры тонких ферромагнитных плёнок вместо железной стружки нужно применять наночастицы очень высокой степени очистки, что ограничивает использование метода.

Рис. 1. Микрофотографии поверхности плёнок железа, обработанных раствором уксусной кислоты. a – в отсутствие магнитного поля, видны резкие линии, разделяющие поверхность на участки прямоугольной формы; b – во внешнем магнитном поле, параллельном плоскости плёнки; c – во внешнем магнитном поле, перпендикулярном плоскости плёнки. Иллюстрация авторов статьи.

Учёные предложили изучать структуру магнитных полей, используя магнетохимический эффект. При обработке железной плёнки раствором уксусной кислоты скорость окисления атомов железа зависит от локального магнитного поля. После тридцатиминутного воздействия кислоты на поверхности плёнки остаётся рисунок, повторяющий распределение доменов – именно на их границах, благодаря градиенту магнитного поля, реакция окисления происходит быстрее всего.

Если внешнее магнитное поле отсутствует, на микрофотографиях образцов видны резкие линии, разделяющие поверхность на прямоугольные участки. В случае если реакция между железом и кислотой проводилась в параллельном магнитном поле, эти участки вытягиваются. Если внешнее магнитное поле ориентировано перпендикулярно поверхности плёнки, то наблюдаемые на поверхности ферромагнитных плёнок линии постепенно приобретают форму окружностей.

Результаты экспериментов отличаются высокой воспроизводимостью и хорошо согласуются с данными, полученными при использовании других, более трудоёмких методов.

Первоисточник информации:

А. В. Агапонова, И. В. Быков, С. А. Маклаков, С. С. Маклаков, А. А. Пухов, И. А. Рыжиков, М. В. Седова, Е. Е. Шалыгина, И. Т. Якубов Визуализация доменной структуры ферромагнитных плёнок с использованием магнетохимического эффекта. – Физика твёрдого тела. – Т. 53. – Вып. 5. – 2011 год.