Реєстраційний номер
0821U100122, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
05-01-2021
Статус
Захищена
Назва роботи
Електрофізичні та магніторезистивні властивості плівкових матеріалів на основі феромагнітних і благородних металів
Здобувач
Шумакова Марина Олегівна,
Керівник Однодворець Лариса Валентинівна
Опонент Семенько Михайло Петрович
Опонент Данильченко Сергій Миколайович
Рецензент Шкурдода Юрій Олексійович
Рецензент Пазуха Ірина Михайлівна
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Сумський державний університет
Опис
Дисертаційна робота присвячена експериментальному і теоретичному вивченню особливостей електротранспорту при зміні температури і зовнішнього магнітного поля в нанорозмірних плівкових матеріалах у вигляді обмежених твердих розчинів (т.р.) атомів Fe або Co у ГЦК решітках Ag або Au, в яких формуються елементи гранульованого стану сферичної або неправильної форми та у вигляді острівців плівки магнітної компоненти. В останньому випадку плівкові зразки отримали назву «квазігранульовані». Формування гранульованих плівкових т.р. здійснювалося методом одночасної або пошарової конденсації компонент із наступною гомогенізацією фазового складу шляхом відпалювання до температури Tв = 700 – 900 К. Квазігранульовані плівки конденсувалися у вигляді тришарової системи, у якій середній шар представляв острівцеву плівку. Кристалічна структура, фазовий і елементний склад плівок досліджувався із використанням підкладок у вигляді плівки вуглецю товщиною d = 30 - 50 нм (для електронографічних і електроно-мікроскопічних досліджень методом ПЕМ) або природньо окисленої пластини Si із поверхневим шаром SiOx товщиною до 60 нм . Електрофізичні та магніторезистивні властивості досліджувалися методом високоточної резистометрії із використанням відповідних комп'ютеризованих комплексів лабораторного виробництва. Інтепретація результатів здійснювалась із використанням класичної моделі M.Csontos et all. і запропонованої нами напівкласичної моделі для магнітного коефіцієнту для розбавлених т.р., в яких ще не сформувалися гранули магнітної компоненти. Перший етап роботи був присвячений освоєнню методики формування гранульованих плівкових сплавів при різних загальних концентраціях магнітної компоненти (тобто сумарних концентраціях атомів, на основі яких формується решітка розбавлених т.р. і система гранул) та паспортизації їх фазового і елементного складу та системи гранул. Обробка ПЕМ - мікрознімків дозволяє розрахувати середній розмір гранул та їх поверхневу концентрацію. На першому етапі досліджень особлива увага була приділена питанню про концентрацію атомів магнітної компоненти та легких газових атомів (O, C, N та ін). Перед тим, як скористатися методом ЕДС були вперше отримані розрахункові формули для концентрації атомів магнітної компоненти у гранулах і в розбавлених т.р. із урахуванням середнього радіусу гранул та товщини плівки т.р. Розрахункові величини могли уточнюватися при використанні високоточного методу ЕДС. Паралельно вперше була установлена максимально можлива концентрація легких атомів у плівці т.р. при умові конденсації в вакуумі 10-4 Па. Додаткові дослідження методом Венда функції розподілу дефектів типу «вакансія - інорідний атом» показали, що енергія активації заліковування цих вакансійних комплексів менше 1 еВ, що має типове значення для комплексів («вакансія-легкий атом газу»). На другому етапі вивчалися електрофізичні властивості (питомий опір та ТКО) гранульованих т.р. Як і слід було очікувати, виходячи із аналізу літературних даних, величина питомого магнітного опору має велике значення порядка 10-7 Ом.м, що на порядок більше, ніж у масивних металевих зразках, а ТКО в декілька разів менше у порівнянні і масивними зразками. Основна увага на цьому етапі досліджень була приділена питанню про внесок у загальну величину ТКО процесів розсіювання електронів на гранулах. На третьому етапі проведені дослідження магніторезистивних властивостей плівок і була звернута увага на аномально малі величини МО, який у більшості випадків має усі ознаки ГМО, але при певних умовах реалізовувався анізотропний MО iз такою ж аномально малою амплітудою. Виникла необхідність у розробці теоретичної моделі для розбавлених т.р. без магнітних гранул. Запропонована нами напівкласична модель, на відміну від використаної феноменогічної моделі, більш коректно враховує можливі варіанти розсіювання електронів і залежність від магнітного поля не тільки середньої довжини вільного пробігу, але і коефіцієнтів дзеркальності і проходження межі та інтерфейсів. Адаптувавши класичну модель M.Csontos et all., яка описує залежність питомого магнітного опору від величини магнітного момента (спіна S) гранули, ми вперше отримали співвідношення для і у залежності від S. При фізично коректних величинах S розрахункові і співпадають із експериментальними. Фізична природа цього пов’язана із недосконалою системою гранул (багато із них знаходяться у суперпарамагнтіному стані або мають відносно малий спін), що не дозволяє реалізацію ефективного спін-залежного розсіювання електронів. У результаті основний внесок у питоми опір плівки дає питомий опір т.р., оскільки в об’ємі наногранул реалізується балістичний механізм провідності. Недосконалий низькоомний спіновий канал не шунтує у повній мірі високоомний омічний канал провідності, що обумовлює малі величини ТКО і ГМО. На феноменологічному рівні проаналізовані питання про температурну і концентраційну залежності ГМО і АМО, що може бути використано при вирішенні задач прикладного характеру.
Дата реєстрації
2021-01-26
Додано/оновлено в НРАТ
2021-01-26 / 2026-06-30
