Сотрудники Балтийского федерального университета имени И. Канта (БФУ) совместно с коллегами из России, Японии и Австралии изучили влияние неоднородности магнитного поля при получении тонких пленок сплавов никель-железо и иридий-марганец на их свойства. Эти материалы могут использоваться для создания различных типов датчиков.

Статья ученых опубликована Journal of Magnetism and Magnetic Materials.

Магнитные материалы делятся на несколько типов в зависимости от их реакции на приложенное внешнее магнитное поле. Так, например, диамагнетики намагничиваются против внешнего поля, противодействуют ему, тогда как парамагнетики, наоборот, приобретают направление магнитного момента, совпадающего с полем.

Еще два класса магнитных материалов, ферромагнетики и антиферромагнетики, стоят отдельно, так как сохраняют магнитные свойства в отсутствии внешнего поля. И если ферромагнетики обладают магнитным моментом и могут использоваться в качестве постоянных магнитов, то магнитный момент антиферромагнетика в отсутствии магнитного поля равен нулю из-за противоположно направленных магнитных моментов подрешеток, которые компенсируют друг друга.

Для ферромагнетиков характерно явление гистерезиса. Оно заключается в разном изменении напряженности магнитного поля материала при увеличении или уменьшении приложенного внешнего поля. Явление магнитного гистерезиса наглядно представляется в виде зависимости намагниченности материала от напряженности внешнего магнитного поля.

Петля гистерезиса ферромагнетика обычно симметрична относительно начала координат, однако в материалах, состоящих из двух тонких слоев ферромагнетика и антиферромагнетика, может наблюдаться смещение петли. Этот эффект называется обменным смещением. Он объясняется обменной связью ферромагнетика и антиферромагнетика.

Физики БФУ исследовали влияние неоднородности магнитного поля, приложенного при получении тонких пленок, состоящих из двух слоев — сплавов никель-железо (NiFe) и иридий-марганец (IrMn). Получали эти пленки с помощью магнетронного напыления. Эта технология предполагает разрушение мишени (образец металла, из которого необходимо получить пленку) с помощью бомбардировки ее инертными частицами, например атомами благородных газов.

«Мы продемонстрировали, что наличие неоднородного магнитного поля при получении тонкопленочных обменно-связанных структур приводит к изменению механизмов их перемагничивания. Если при получении пленок использовать однородные магнитные поля, то это приводит к классическому смещению петли гистерезиса. Изменение однородности магнитного поля влияет как на величину смещения петли, так и на изменение формы петли гистерезиса тонкопленочной структуры NiFe/IrMn. Мы показали, что можно создать ступенчатую петлю гистерезиса в области с самым высоким градиентом магнитного поля. Найденные нами закономерности помогут увеличить чувствительность датчиков магнитного поля», – говорит один из авторов работы, кандидат физико-математических наук, заведующая лабораторией новых магнитных материалов БФУ имени И. Канта Валерия Родионова.

Визуализация магнитного поля между постоянными магнитами в месте расположения подложки, на которой происходит осаждение пленки NiFe/IrMn. / Валерия Родионова