Search academic texts

Registration Number

0822U100165, PhD dissertation

Title

Temperature and concentration effects in electro- and magnetoresistive properties of multicomponent thin-film nanostructures.

Author

Shuliarenko Denys O.,

popup.head Pazukha Iryna M.
popup.opponent Dekhtyaruk Leonid V.
popup.opponent Danylchenko Serhii M.
popup.review Denisov Stanislav I.
popup.review Protsenko Ivan Yukhymovych

Status

Доктор філософії, 105, Прикладна фізика та наноматеріали

Date

23-12-2021

Description

Дисертаційна робота присвячена встановленню загальних закономірностей впливу концентраційних, розмірних та температурних ефектів на електро- і магніторезистивні властивості нанорозмірних плівкових матеріалів, сформованих на основі пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 та Ag. У відповідності до поставлених задачами комплексних досліджень структурно-фазового стану та електро- і магніторезистивних властивостей нанорозмірних плівкових матеріалів на основі пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 та Ag були застосовані наступні методи: одночасна та пошарова електронно-променева конденсація у вакуумі; метод кварцового резонатора для вимірювання товщини in-situ; методи просвічуючої електронної мікроскопії, атомно-силової мікроскопії та електронографії для дослідження кристалічної структури і фазового складу; енергодисперсійний спектральний аналіз для визначення концентраційного складу зразків; метод високоточної резистометрії при дослідженні електрофізичних та магніторезистивних властивостей. Показано, що одношарові плівки пермалоєвого сплаву Ni80Fe20, як і одношарові плівки Ag, до та після термообробки за Тв = 700 К мають однофазний склад, що відповідає ГЦК-Ni3Fe (a = 0,353-0,355 нм) та ГЦК-Ag (a = 0,407-0,408 нм). З’ясовано, що фазовий стан нанорозмірних плівкових матеріалів сформованих на основі пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 та Ag після конденсації, незалежно від концентрації атомів срібла у системі, представляє собою комбінацію ГЦК-Ni3Fe + ГЦК-Ag з середніми значеннями параметрами граток (ГЦК-Ni3Fe) = 0,353 нм та (ГЦК-Ag) = 0,407 нм. Температурна обробка досліджуваних зразків за темпепературного інтервалу Тв = 300-700 К не змінює фазовий стан системи. Нанорозмірна система залишається двофазною: ГЦК-Ni3Fe + ГЦК-Ag з параметрами ґратки = 0,356 та 0,408 нм, відповідно. На мікрознімках кристалічної структури зразків за сAg =32-60 aт.%, можна виділити нанорозмірні зерна (L = 2-5 нм.) та кристаліти з середнім розміром до 50 нм, що відповідають відповідно феромагнітній та немагнітній компонентам системи. У випадку сAg > 70 aт.%, кристалічна структура плівкової системи (Ру+Ag)/П може бути описана так: нарозмірні зерна феромагнітної компоненти випадковим чином розподілені в об’ємі немагнітного матеріалу. Встановлені закономірності в концентраційних та розмірних залежностях питомого опору, термічного коефіцієнту опору та температури заліковування дефектів для нанорозмірних матеріалів в інтервалі концентрацій сAg = (5-95) ат.%. Показано, що додавання Ag до пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 та збільшенні концентрації cAg з 26 до 48 ат.% спричиняє зростання величини ρ у системі (Ру+Ag)/П до 2,5•10 – 7 Ом•м у порівнянні з даними для одношарових плівок пермалоєвого сплаву Ni80Fe20 за d = 55 нм (ρ(Ру) = 2,0•10 – 7 Ом•м). Подальше збільшення концентрації атомів Ag призводить до різкого зменшення питомого опору до величини , характерної для одношарової плівки Ag(55)/П, що складає 1,7•10 – 7 Ом•м, що пов’язано зі зміна у кристалічній структурі зразків. На концентраційних залежностях β(сAg) спостерігається мінімум при сAg = 48 ат.%, якому відповідає величина β = 1,8•10 3 К-1. Показано, що для нанорозмірних плівкових матеріалів (Ру+Ag)/П також є характерним прояв розмірного ефекту в терморезистивних властивостях. Зростання загальної товщини з 20 до 100 нм спричиняє різке зменшення величини питомого опору у 5-6 разів, в той час як величина ТКО збільшується у 2-3 рази. Максимальне значення ізотропного магніторезистивного ефекту при вимірюванні за кімнатної температури для свіжосконденсованих зразків становить 1,85 % (cAg = 60 aт.% та d = 100 нм), а для термовідпалених – 1,80 % (Тв = 500 К, cAg = 60 aт.% та d = 60 нм). Збільшення індукції прикладеного зовнішнього магнітного поля з 500 мТл до 1,5 Т не впливає на форму польової залежності магнітоопору MО(B): гістерезис і насичення відсутні та при цьому відбувається зростання величини МО до 2,5%. Зменшення ж температури вимірювання з 300 до 10 К супроводжується подальшим зростаня амплітуди магніторезистивного ефекту до 3,8 %. У той же час розмірні залежності магнітоопору для нанорозмірних плівкових систем (Рy+Ag)/П характеризуються наявністю максимуму МО = 1,80% за товщини 60 нм та температури 500 К. Даний максимум зміщується в бік менших товщин (d = 50 нм) при зростанні температури відпалювання до 700 К і становить 0,85 Для свіжесконденсованих зразків характерним є зростання МО при зростанні товщини з виходом на насичення за d = 100 нм. У той же час залежності МО(d) для зразків після термообробки характеризуються наявністю максиму за товщини 60 нм та температури Тв = 500 К, що зміщується в бік менших товщин при зростанні Тв до 700 К. У випадку формування нанорозмірних матеріалів з використанням методу пошарової конденсації максимальне значення ізотропного МО = 0,35% отримано у випадку багатошарової системи [Py/Ag]16/П, тобто системи з максимальною кількістю повторів бішару Py/Ag. Це свідчить про більшу ефективність методу одночасної конденсації для реалізації ізотропного магнітоопору, величиною понад 1%.