Материал: Отчетная научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, аспирантов и студентов

Качественно концентрационная зависимость магнитосопротивления (МС) образцов Fe_x(Nb_mO_n)_100-x характерна для композитов металл-диэлектрик (рис. 1). Однако абсолютные значения МС не типичны для гранулированных систем на основе железа. Известно, что величина магнитосопротивления в композитах металл-диэлектрик с металлической фазой Fe составляет 3-4 % (такие значения наблюдаются вблизи порога перколяции в системах Fe-Al₂O₃, Fe-SiO₂, Fe-MgO), тогда как в исследованной системе оно не превышает 0,3%. Кроме того, корреляция между магнитосопротивлением и намагниченностью также нехарактерна для гранулированных систем. Обычно появление упорядоченности между магнитными моментами гранул приводит к исчезновению туннельного МС, тогда как в исследуемых образцах одновременно проявляются магнитные и магниторезистивные свойства, при этом с ростом концентрации металла возрастает как величина МС, так и магнитная упорядоченность структуры (рис. 1, 2). Концентрация, при которой начинается уменьшение МС, соответствует переходу материала из однодоменного в многодоменное состояние.

Рис. 1. Концентрационная зависимость магнитосопротивления пленок Fex(NbmOn)100-x	Рис. 2. Концентрационная зависимость коэрцитивной силы пленок Fex(NbmOn)100-x
Линией на графиках обозначена концентрация, соответствующая переходу материала из однодоменного в многодоменное состояние

Предположительно малые значения МС, а также наблюдаемая корреляция между МС и магнитными свойствами, связаны с большим разбросом по размеру металлических кластеров и высокой дефектностью диэлектрической фазы, обусловленной значительным недостатком кислорода в оксиде ниобия. Наличие в образцах Fe_x(Nb_mO_n)_100-x высокодефектной структуры косвенно подтверждается большими значениями коэрцитивной силы.

УДК 538.9

Магниторезистивные свойства {[(Co41Fe39b20)33,9(SiO2)66,1]/[SiO2]}93

И.В. Бабкина, Т.И. Епрынцева, студент гр. ТФ-101, O.В. Жилова, аспирант

Кафедра физики твердого тела

Исходные пленки были получены методом ионно-лучевого распыления одновременно двух мишеней на вращающуюся ситалловую подложку. Одна мишень представляла собой пластину сплава Co₄₁Fe₃₉B₂₀ размером 280х80 мм² с равномерно расположенными на ее поверхности 13 навесками кварца размером 80х10 мм², другая - кварцевую пластину размером 280х80 мм². Мишень SiO₂ была закрыта экраном с V – образным окном, что позволяло регулировать в широком диапазоне толщину диэлектрической прослойки в зависимости от взаимного расположения мишень - подложка.

В данной работе было исследовано влияние толщины прослойки SiO₂ на величину магнитного сопротивления (МС) многослойной структуры {[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_33,9 (SiO₂)_66,1]/[SiO₂]}₉₃.

На рис. 1 представлена зависимость магнитосопротивления от толщины прослойки SiO₂ в постоянном магнитном поле 4,5 кЭ.

Видно, что магнитосопротивление в данных структурах имеет невысокое значение (менее 0,1%).

Т

Рис. 1. Зависимость магнтосопротивления многослойной структуры {[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_33,9(SiO₂)_66,1]/[SiO₂]}₉₃

от толщины полупроводниковой прослойки SiO₂ в постоянном магнитном поле 4,5кЭ

акже были проведены измерения магниторезистивного эффекта при непрерывном изменении напряженности магнитного поля для образцов с толщинами полупроводниковых прослоек 0,5 и 3,4 нм (рис 2).

Из рисунков видно, что с увеличением напряженности магнитного поля величина электрического сопротивления уменьшается, т.е. наблюдается отрицательное магнитосопротивление, характерное для «туннельного магнитосопротивления» в наногранулированных композитах металл–диэлектрик. При данных условиях измерения (Н=4,5 кЭ) МС композита (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_33,9 (SiO₂)_66,1, составляло 1,3 % . Следовательно, введение дополнительного диэлектрика между композиционными слоями значительно уменьшило вероятность туннелирования электрона между металлическими гранулами без изменения спина носителя заряда.

Рис. 2. Магниторезистивный эффект многослойной структуры {[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_33.9(SiO₂)_66.1]/[ SiO₂]}₉₃ при толщине SiO₂: а - 0.5 нм; б - (кривая 1) и 3.4 нм

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №13-02-97512-р_центр_а).

УДК 621.315.57: 537.312.62

Расчет масс исходных компонентов в шихте с использованием программного комплекса «тРиМ»

Н.В. Животенко, студент гр. КП-121, О.А. Ткаченко, cтудент гр. КП-121

Кафедра физики твердого тела

Одной из наиболее частых проблем, возникающих при создании новых синтезируемых соединений, является проблема трудоемкости расчета масс исходных компонентов в шихте. Обычно в этом случае расчет проводится вручную [1], с учетом чистоты исходных компонентов, их стехиометрических коэффициентов (в отдельных случаях нецелочисленных), так же проводится расчет массовых процентов. На практике такой расчет может занимать до 20 минут, в зависимости от количества исходных компонентов.

Целью данной работы было создание программного комплекса с удобным пользовательским интерфейсом для сокращения затрачиваемого времени при расчетах.

О сновной принцип работы комплекса следующий. Из базы данных в программный комплекс импортируется список исходных компонентов с их молярными массами. Пользователь выбирает массу необходимой шихты и необходимые компоненты, вводит их чистоты и стехиометрические коэффициенты. Комплекс «ТРиМ» производит расчеты и выводит результаты в таблицу. На рисунке представлен пользовательский интерфейс комплекса.

Это базовый набор, который мы собираемся предоставить, но его можно неограниченно расширять, добавляя произвольные компоненты. Таким путем обеспечивается универсальность комплекса. Мы старались не ограничивать круг решаемых задач. В первую очередь мы решили задачу организации единой базы данных, добавили справочный материал.

В

Пользовательский интерфейс комплекса «ТРиМ»

зависимости от организации работ, операции расчета могут выполняться как одним человеком, так и независимыми группами людей. Эти действия полностью обеспечиваются набором базовых функций «ТРиМ». Каждое действие выполняется относительно некоторого «объекта», являющегося компонентом базы данных. Все объекты типизированы и, кроме минимального набора основных атрибутов (имени и молекулярной массы), обладают зависимым от условий переменным набором дополнительных атрибутов.

Кроме базовых функций «ТРиМ» предлагает систему экспорта расчетной таблицы в форматы *.txt и *.xlsx, или мгновенного вывода таблицы на печать.

В целом можно сделать заключение, что, опираясь на заранее оговорённые процедуры и сферы ответственности, с помощью «ТРиМ» можно снизить затраты времени на расчеты масс исходных компонентов в несколько раз.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант № 14-02-31163 мол_а, грант 13-02-97506 р_центр_а)

Литература

1. Глозман И.А. Пьезокерамика. М: Энергия, 1972. 288 с.

УДК 538.9

Магниторезистивные свойства многослойной наноструктуры {[(Co41Fe39b20)33.9 (SiO2)66.1]/[In35.5y4.2o60.3]}93

И.В. Бабкина, К.С. Габриельс, O.В. Жилова, аспирант, А.В. Ситников

Кафедра физики твердого тела

Исследованы магниторезистивные свойства новых многослойных структур композит – полупроводник, в которых слои композита ферромагнетик – диэлектрик (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_33.9 (SiO₂)_66.1, находящегося в суперпарамагнитном состоянии, разделены полупроводниковой (диэлектрической) прослойкой In_35.5Y_4.2O_60.3.

Образцы были получены ионно–лучевым методом напыления с использованием составной мишени из металлического сплава (Co₄₁Fe₃₉B₂₀) с пятнадцатью равномерно распределенными на его поверхности навесками SiO₂ и мишени из полупроводника сложного состава In_35.5Y_4.2O_60.3 на вращающуюся подложку. За один оборот карусели формировались слой композита (Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_33.9 (SiO₂)₆₆ и полупроводниковая прослойка In_35.5Y_4.2O_60.3. Пленка многослойной гетерогенной структуры состояла из 93х бислоев {[(Co₄₁Fe₃₉B₂₀)_33.9 (SiO₂)_66.1]/[In_35.5Y_4.2O_60.3]}₉₃.

Установлено, что толщина полупроводниковой прослойки влияет на удельное сопротивление пленок. Это связано с изменением механизма электропереноса в материале. При толщине меньше 0.5 нм процесс переноса заряда определяется композитом (Co₄₀Fe₄₀B₂₀)_33.9(SiO₂)_66.1, состав которого находится до порога перколяции. При толщинах от 0.5 до 1.2 нм наблюдается перераспределение проводимости от электропереноса металл – диэлектрик – металл к каналам металл – полупроводник – металл, в результате чего удельное сопротивление уменьшается в несколько раз. При толщине > 1.2 нм в проводящих каналах металл – полупроводник – металл увеличивается толщина полупроводника, что приводит к росту сопротивления.

П осле отжига при температуре 300 ⁰С в течение 30 минут в атмосфере водорода при давлении 7.8 Торр в многослойной гетерогенной структуре выявлен максимум на зависимостях действительной и мнимой частей комплексной магнитной проницаемости от толщины прослойки In_35.5Y_4.2O_60.3 в диапазоне 1 – 1.5 нм, положение которого коррелирует с зависимостями электрического сопротивления образцов от толщины полупроводниковой прослойки.

П

Магниторезистивный эффект многослойной структуры после термической обработки при Т = 300 ^оС в течение 30 мин в атмосфере водорода при давлении 7.8 Торр при толщине In_35.5Y_4.2O_60.3: 0.4 нм (кривая 1) и 1.44 нм (кривая 2)

роведенные исследования магниторезистивных свойств данной структуры показали, что после термической обработки толщина полупроводниковой прослойки In_35.5Y_4.2O_60.3 оказывает определяющее значение на величину и вид полевой зависимости сопротивления. При толщине > 1.0 нм наблюдается рост магнитосопротивления, что коррелирует с увеличением электрической проводимости образцов и увеличением комплексной магнитной проницаемости.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект №13-02-97512-р_центр_а).

УДК 537.633.9

Магнитосопротивление тонкопленочных нанокомпозитов на основе ферромагнетика и пьезоэлектрика

З.Х. Граби, аспирант, С.А. Гриднев, М.А. Каширин, А.В. Калгин, докторант

Кафедра физики твердого тела

С

(1)

овременная электроника развивается по пути уменьшения размеров устройств и расширения их функциональных возможностей. Один из подходов для изготовления мультифункциональных устройств малых размеров − создание композитов по планарной технологии. В настоящее время пристальное внимание исследователей уделяется композитам типа ферромагнетик-пьезоэлектрик. Дело в том, что в композитах ферромагнетик-пьезоэлектрик сосуществуют ферромагнитные и пьезоэлектрические фазы, благодаря чему такие композиты обладают рядом важных свойств для практических приложений. К числу таких свойств относится магнитосопротивление (МС), заключающееся в изменении электрического сопротивления материала при помещении его во внешнее магнитное поле. Величина МС находится по формуле:

Механизмы электропроводности в аморфных тонкопленочных наногранулированных композитах (X)Ni − (1-X)pzt

З.Х. Граби, аспирант, С.А. Гриднев, М.А. Каширин, А.В. Калгин, докторант

Кафедра физики твердого тела

Данная работа посвящена установлению механизмов электропроводности в разных температурных интервалах в аморфных тонкопленочных наногранулированных композитах типа ферромагнетик-пьезоэлектрик (x)Ni – (1-x) [Pb_0,81Sr_0,04(Na_0,5Bi_0,5)_0,15] [(Zr_0,575Ti_0,425)]O₃ (далее (x)Ni − (1-x)PZT).

Композиты (x)Ni − (1-x)PZT, представляющие собой ферромагнитные наногранулы Ni, распределенные в объеме диэлектрической матрицы PZT, получали ионно-лучевым распылением на ситалловую подложку составной мишени в виде керамических пластин PZT на поверхности литой никелевой основы в атмосфере аргона при давлении 6,210^-4 Па. Образцы композитов имели одинаковую длину 10 мм и ширину 3 мм, в то время как их толщина увеличивалась в пределах 0,49 – 0,61 мкм с увеличением х в (x)Ni − (1-x)PZT от 0,15 до 0,37.

Температурные зависимости электропроводности на постоянном токе σ композитов с составами ниже порога перколяции, построенные в координатах «ln(σ/σ₀) – (1/T)^1/4» в интервале температур 77 – 188 К и «ln(σ/σ₀) – (1/T)^1/2» в интервале температур 188 – 287 К, представлены на рис. 1 и 2, соответственно.

Рис. 1. Зависимости ln(σ/σ0) от (1/T)1/4 для композитов (x)Ni − (1-x)PZT с различным х.	Рис. 1, б. Зависимости ln(σ/σ0) от (1/T)1/2 для композитов (x)Ni − (1-x)PZT с различным х.

Видно, что σ в интервале температур 77 – 188 К подчиняется «закону 1/4», а в интервале температур 188 – 287 К подчиняется «закону 1/2». Поэтому можно полагать, что до 188 К перенос заряда в композитах преимущественно осуществляется путем прыжковой проводимости электронов по локализованным состояниям в диэлектрической матрице PZT, а после 188 К – в основном неупругим резонансным туннелированием электронов между гранулами Ni. Сделаны оценки плотности состояний электронов на уровне Ферми и количества локализованных состояний в межгранульных прослойках.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по гранту № 13-02-00663.

УДК 537.9

Определение порога перколяции в аморфных тонкопленочных нанокомпозитах (X)Ni − (1-X)pzt

З.Х. Граби, аспирант, С.А. Гриднев, М.А. Каширин, А.В. Калгин, докторант

Кафедра физики твердого тела

Композиты ферромагнетик-пьезоэлектрик являются привлекательными объектами для фундаментальных исследований и практических применений, так как под действием полей различной природы в них наблюдается механическая связь между ферромагнитными и пьезоэлектрическими подсистемами, то есть такие композиты обладают магнитоэлектрическими (МЭ) свойствами. Известно, что наибольшими величинами МЭ свойств обладают композиты доперколяционного состава. Поэтому при изучении МЭ свойств композитов ферромагнетик-пьезоэлектрик важно знать положение порога перколяции, что и служило целью настоящей работы.