Лабораторная работа № 3

Исследование процессов перемагничивания

наногранулированных композитов

ферромагнитный металл-диэлектрик

Цель: 1. Провести измерения магнитных характеристик композитных образцов с различной концентрацией ферромагнитной фазы с помощью вибрационного магнетометра.

2. Изучить изменение вида кривой намагничивания и величины коэрцитивной силы композитных образцов при изменении концентрации ферромагнитной фазы.

3. Используя стандартные пакеты MathCad, MatLab или Origin провести аппроксимацию полученных кривых намагничивания функцией Ланжевена.

1. Теоретические сведения

Наногранулированные композитные материалы, содержащие в качестве металлической фазы ферромагнитный элемент (или ферромагнитный сплав из нескольких элементов), характеризуются определенным набором магнитных свойств. Эти свойства определяются концентрацией ферромагнитной фазы и понятно, что свойства композитов находящихся до порога перколяции и за порогом – радикально различаются.

Доперколяционные нанокомпозиты являются суперпарамагнетиками. Формально это означает, что макроскопически они ведут себя точно так же, как обычные парамагнетики: при увеличении внешнего магнитного поля их намагниченность увеличивается, однако магнитного насыщения такие материалы достигают в очень больших полях (иногда для этого необходимо более 100 кЭ). Кроме того, при комнатных температурах в таких материалах отсутствует остаточная намагниченность: когда внешнее магнитное поле уменьшается до нуля, композиты оказываются полностью размагниченным. Поскольку суперпарамагнитные композиты не обладают не только остаточной, но и спонтанной намагниченностью, у них отсутствует магнитный гистерезис, что также характерно и для обычных парамагнетиков. Особенностью суперпарамагнитных композитов является то, что носителями единичных магнитных моментов (не элементарных, а именно единичных, то есть тех моментов, которые переориентируются внешним магнитным полем) являются наногранулы. Каждая отдельная наногранула в суперпарамагнетиках представляет собой однодоменную ферромагнитную частицу, чей магнитный момент стремится ориентироваться вдоль индивидуальной оси легкого намагничивания. При комнатной температуре в наногранулах реализуется термоактивированная переориентация магнитных моментов вдоль оси легкого намагничивания (момент переворачивается на 180⁰), и композит в целом проявляет нулевую спонтанную намагниченность.

В композитах, находящихся на пороге перколяции, наногранулы разделены тонким барьером (менее 1 нм) поэтому между спинами электронов, принадлежащих соседним гранулам, возникает обменное взаимодействие, приводящее к ферромагнитному упорядочению магнитных моментов соседних гранул. Следствием этого является появление так называемых макроскопических доменов, объединяющих гранулы, «связанные» обменным взаимодействием. Процессы перемагничивания таких композитов аналогичны процессам, протекающим в обычных ферромагнетиках: появляется остаточная намагниченность, возникает магнитный гистерезис.

В том случае, когда структура композитов представляет собой совокупность больших проводящих кластеров (см. рис. 6 а, б л/работа № 1) композит является типичным ферромагнетиком со всеми характерными свойствами: имеется петля гистерезиса и выход на магнитное насыщение происходит в сравнительно невысоких полях (менее 1 кЭ).

Аналитически зависимость намагниченности суперпарамагнетика от напряженности внешнего магнитного поля может быть описана с помощью выражения, которое обычно носит название функция Ланжевена:

’ (1)

I – намагниченность образца,

m – магнитный момент гранулы,

n – число гранул в единице объёма,

Н – напряженность внешнего магнитного поля,

k – константа Больцмана,

T – температура, выраженная в градусах Кельвина.

Функция cth(x) это гиперболический котангенс, определяемый выражением:

. (2)

Также гиперболический котангенс может быть разложен в ряд:

(3)

Выражения (2) и (3) могут быть использованы для компьютерных расчетов функции Ланжевена (1) при моделировании кривых намагничивания суперпарамагнетиков. В принципе, используя экспериментальные данные и выражение (1) можно оценивать количество гранул в единице объема суперпарамагнитного материала, если известен средний магнитный момент гранул, или наоборот – находить средний момент гранул, если известно число n (полученное, например, из электронно-микроскопических исследований).

2. Экспериментальная часть

Вибрационный магнетометр это измерительная установка, позволяющая проводить магнитные измерения твердых тел (тонких пленок) с помощью магнитоэлектрического метода.

Магнитоэлектрический метод измерений основан на использовании закона электромагнитной индукции, сформулированного Майклом Фарадеем. Обычная формулировка закона следующая: «для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур». В аналитическом виде закон выражает связь между ЭДС (e_и), возникающей на концах электропроводного контура площадью S при пересечении этого контура некоторой частью  магнитного потока , создаваемого образцом с объёмом V :

, (4)

p_m – магнитный момент образца,

B – индукция намагничивающего внешнего поля,

₀ - магнитная постоянная.

Если намагниченный образец колеблется (вибрирует) вдоль оси z или y относительно контура с числом витков w’ на единицу его высоты по закону y=y’+Ycost, то поток через контур будет _W=₀w’SV^-1p_mYsint, где Y – амплитуда колебаний; y’- неточность установки начального положения образца по оси y (рис. 1). Отсюда получается:

, (5)

и после детектирования постоянная составляющая сигнала будет

. (6)

Таким образом, сигнал пропорционален частоте колебаний, амплитуде колебаний, площади контура, сцепленной с потоком, объёму образца и, конечно же, магнитному моменту образца.

Рис.1 Схема магнитометрического метода измерения намагниченности пленок при колебании образца в поперечной геометрии.

Аппаратно вибрационный магнетометр устроен следующим образом (см. рис. 2). Образец 1, расположенный между измерительными катушками 4, обладая собственным магнитным моментом p_m , создает вокруг себя магнитное поле (собственное поле образца), которое пересекает витки измерительных катушек 4. Если образец совершает колебания (вибрирует в вертикальном направлении), то вместе с ним в вертикальном направлении перемещается и магнитный поток (его собственное магнитное поле), связанный с образцом. Таким образом, получается, что витки измерительных катушек 4 пересекаются изменяющимся во времени магнитным полем образца.

Еще раз следует подчеркнуть, что поле, пронизывающее катушки 4, меняется потому что сам образец перемещается относительно катушек. Изменяющееся магнитное поле индуцирует в витках измерительных катушек ЭДС e_И, пропорциональную магнитному моменту образца в соответствии с выражением (1). Если образец неподвижен, то тогда изменение потока в измерительных катушках отсутствует и ЭДС, соответственно, не возникает.

Образец закреплен на длинном штоке, передающем ему колебания от механического осциллятора 2, которые возбуждаются благодаря синусоидальному сигналу, поступающему на осциллятор с генератора 3. Полезный сигнал, возникающий в измерительных катушках, представляет собой синусоиду с

Рис. 2 Схема вибрационного магнетометра

1 – образец, 2 – механический осциллятор, 3 – генератор сигналов специальной формы Г6-26 , 4 – измерительные катушки, 5 – выносной (линейный) усилитель, 6 - селективный усилитель УПИ-2, 7 – компьютер, 8 – Холловский датчик

частотой, равной частоте колебания образца. Индуцированный сигнал, возникающий при измерении тонкопленочных образцов, очень слабый, поэтому для его усиления служат линейный усилитель 5 и селективный усилитель 6. С помощью этого усилителя сигнал, идущий от измерительных катушек, преобразуется в постоянный и усиливается до значений, которые можно регистрировать с помощью обычного вольтметра. Для повышения чувствительности методики полезный сигнал обрабатывается с помощью селективного усилителя УПИ-2. Особенностью этого прибора является то, что он усиливает лишь те входящие колебания, частота которых совпадает с частотой опорного сигнала. Поскольку в качестве опорного сигнала используется тот же сигнал, что и сигнал, поступающий на осциллятор 2, именно ЭДС, наводимая образцом в измерительных катушек 4, будет усиливаться УПИ-2, в то время как колебания других частот усиливаться не будут. Усиленный полезный сигнал поступает на регистрирующий компьютер 7 (сигнал по оси ординат).

При исследовании кривых намагничивания необходимо проводить изменение внешнего магнитного поля. C этой целью вибрационный магнетометр смонтирован в зазоре между кернами электромагнита. Цепь питания электромагнита показана на (рис. 3). Она включает в себя переменный трехфазный автотрансформатор 1 с помощью которого можно изменять напряжение в катушках электромагнита 5 от нуля до 150 В. Переменное напряжение подается на выпрямитель 2 и фильтр 3, после чего (уже постоянное и с минимальными биениями) через переключатель полярности магнита 4 поступает на катушки 5. Таким образом, цепь питания позволяет плавно и равномерно менять магнитное поле в зазоре между кернами электромагнита в пределах 0 – 11 кЭ.

Рис. 3. Система создания внешнего магнитного поля для перемагничивания образца:

1 – трехфазный переменный автотрансформатор, 2 – выпрямитель, 3- RC-фильтр, 4 – переключатель полярности электромагнита, 5 -катушки электромагнита, 6 – источник постоянного тока, 7 – амперметр, 8 – датчик Холла, 9 - измерительные катушки магнетометра (на рис. 2 они обозначены цифрой 4)

Напряженность магнитного поля в зазоре электромагнита определяется с помощью датчика Холла 8, запитываемого источником постоянного тока 6, стабильность которого контролируется амперметром 7. Холловское напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля в зазоре электромагнита, подается на регистрирующий компьютер (рис. 2, поз. 7).

При измерении образцов произвольной формы на вибрационном магнетометре всегда возникает проблема, связанная с тем, что вследствие наличия внутреннего поля размагничивания образца реальное значение напряженности эффективного поля внутри его оказывается меньше прикладываемого. В случае тонких пленок эта проблема решается просто. Известно, что, когда толщина образца (d) значительно меньше его ширины (s) и длины (l), т.е. выполняется условие d/s << 1 и d/l << 1, а намагничивание осуществляется вдоль плоскости образца - коэффициент размагничивания близок к единице. Поэтому исследуемые пленочные образцы располагают параллельно внешнему магнитному полю. Поскольку толщина образцов составляет несколько мкм, а линейные размеры 10х3 мм, то вполне корректным является приближение, в соответствии с которым поле внутри образцов равно приложенному полю.

3. Практическое задание

3.1. Провести измерение кривых намагничивания гранулированных композитов четырех составов (необходимо ориентироваться на результаты л/р № 1, чтобы выбрать образцы доперколяционного состава и образцы, расположенные на пороге перколяции).

• Поскольку образцы представляют собой тонкие пленки и масса ферромагнитной фазы в них невелика, для измерений необходимо брать по несколько образцов одного состава, формируя из них пакет. Однако, число образцов в каждом пакете должно быть одинаковым, с тем, чтобы суммарный объем каждого исследованного композита с разным содержанием металла был одинаков.

• Поскольку получаемая зависимость магнитного момента от поля смещена относительно центра координат (это является особенностью используемого оборудования), её необходимо отцентрировать.

3.2. Сопоставить значения намагниченности композитов с различным содержанием ферромагнитной фазы.

Сопоставление можно проводить в относительных единицах. Для этого необходимо разделить величину полученного сигнала ЭДС (e_и), взятого при максимальном измерительном поле, и разделить на объем исследованного образца. Принять, что толщина образцов составляет 4 мкм.

3.3. Определить при какой концентрации металлической фазы в композитах начинает появляться магнитный гистерезис.

3.4. Сопоставить эти концентрации с результатами первой и второй лабораторных работ. Сделать вывод.

3.5. Провести аппроксимацию полученных зависимостей функцией Ланжевена, используя для этого выражения (1) и (2), или (1) и (3). Следует применить стандартную компьютерную программу (MathCad или Origin или MatLab), позволяющую осуществлять математический fitting, то есть проводить обсчет экспериментальных данных на основе математического выражения (взятого из библиотеки программы или введенного пользователем) и находить численные коэффициенты этого выражения. Определить в результате проведения аппроксимации численные значения n и m, оценить реальность полученных значений.

4. Контрольные вопросы

1. Какой физический закон лежит в основе работы вибрационного магнетометра?

2. Объяснить необходимость колебания образца при измерении его намагниченности магнетометром.

3. От чего зависит амплитуда ЭДС, возникающей в измерительных катушках?

4. Как магнитные свойства нанокомпозитов с ферромагнитной металлической фазой зависят от её концентрации?

5. Дать определение суперпарамагнетика.

6. Объяснить, почему у суперпарамагнетика отсутствует остаточная намагниченность.

7. Объяснить, почему при переходе через порог перколяции у композитов меняются магнитные свойства.

8. Объяснить результаты проведенной аппроксимации экспериментальных кривых намагничивания функцией Ланжевена.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Туннельное магнитосопротивление нанокомпозитов

металл-диэлектрик

Цель: 1. Ознакомиться с физическим механизмом туннельного магнитосопротивления.

2. Ознакомиться с методикой измерения магнитосопротивления композитных образцов и измерить величину магниторезистивного эффекта в образцах гранулированных нанокомпозитов, использованных в предыдущих лабораторных работах.

3. Построить концентрационную зависимость магнитосопротивления исследованных композитов.

4. Проверить выполнимость модели Слончевски и рассчитать значения коэффициентов поляризации в исследованных образцах.

1. Туннельное магнитосопротивление

Отрицательное туннельное магнитосопротивление - одна из наиболее интересных характеристик, связанных с нанокомпозитными материалами. С одной стороны этот эффект напрямую обусловлен особенностями структуры нанокомпозитов и их магнитными свойствами (поэтому наличие отрицательного туннельного магнитосопротивления иногда рассматривается как косвенное доказательство наногранулированности структуры). С другой стороны, этот эффект в полной мере может быть отнесен к, так называемым, квантовым эффектам, поэтому вызывает вполне определенный интерес у исследователей.

В общем случае явление магнитосопротивления (МС) заключается в изменении электрического сопротивления твёрдых тел под действием внешнего магнитного поля. Обычно определяется относительное магнитосопротивление в виде

. (1)

Здесь R(H) - сопротивление материала в фиксированном поле Н, R(0) - сопротивление материала в нулевом магнитном поле. У металлов и их сплавов относительное изменение электросопротивления при комнатной температуре весьма невелико и составляет 0,01 – максимум 0,1 % в полях 10 кЭ. Как правило, такое магнитосопротивление положительно, т.е. увеличение магнитного поля приводит к возрастанию электросопротивления, а физическая природа – Лоренцовская.

В гранулированных композитах металл-диэлектрик с ферромагнитной металлической фазой обнаруживается МС, которое достигает 6 - 8 % при комнатной температуре и имеет отрицательный знак, т.е. при приложении магнитного поля сопротивление композитов уменьшается.

В соответствии с современными представлениями МС в гранулированных композитах определяется туннелированием электронов через диэлектрический барьер, разделяющий металлические наногранулы. В простейшей интерпретации физический механизм МС основывается на следующих положениях:

1) Туннельное магнитосопротивление проявляется в доперколяционных нанокомпозитах с ферромагнитной металлической фазой. С магнитной точки зрения такой нанокомпозит является суперпарамагнетиком.

2) Каждая изолированная наногранула в композите является монодоменом, намагниченным до состояния насыщения. Следовательно, валентные электроны таких гранул являются поляризованными и большинство электронных спиновых магнитных моментов параллельны вектору намагниченности гранулы.

3) Магнитные моменты соседних гранул в отсутствии внешнего магнитного поля ориентированы случайно и независимо друг от друга. Внешнее магнитное поле, воздействующее на образец, выстраивает магнитные моменты гранул параллельно линиям напряженности приложенного поля и, соответственно, параллельно друг относительно друга.

4) Электрон может туннелировать из одной гранулы в другую (соседнюю гранулу) лишь тогда, когда область локализации его волновой функции включает в себя эти две гранулы. Это означает, что электрон, совершая туннелирование из гранулы в гранулу, находится в них в абсолютно одинаковом (одном и том же) энергетическом состоянии. При этом и ориентация спина электрона (его поляризация) также не меняется.

5) Вероятность туннелирования электрона из одной ферромагнитной гранулы в другую высока (максимальна) в том случае, когда магнитные моменты гранул параллельны друг другу. В этом случае в соседних гранулах вблизи уровня Ферми существует большое количество электронных состояний с одинаковой спиновой поляризацией, как заполненных, так и свободных, с которых (и на которые) возможно туннелирование. С другой стороны эта вероятность минимальна, если магнитные моменты соседних гранул разориентированы, поскольку в этом случае электронные состояния вблизи уровня Ферми соседних гранул оказываются различными (рис. 1).

Рис. 1. Схема, поясняющая механизм туннельного магнитосопротивления

Таким образом, в отсутствие внешнего магнитного поля вектора намагниченности гранул разупорядочены и ток, обусловленный туннелированием электронов, невысок (т.е. электросопротивление композита большое). Внешнее магнитное поле оказывает ориентирующее действие на магнитные моменты гранул, формируя из них коллинеарную систему. Это увеличивает число туннелирующих электронов (увеличивает туннельный ток) и в эксперименте наблюдается снижение значений электрического сопротивления.

Наиболее известной теоретической моделью, в явном виде показывающей взаимосвязь магнитосопротивления и магнитного состояния суперпарамагнитного материала, является модель Слончевски (J.C.Slonczewski). Эта модель рассматривает перенос заряда и, соответственно, электрический ток через прямоугольный барьер, разделяющий ферромагнитные металлы с почти свободными электронами. В соответствии с моделью электропроводность через изолирующий барьер пропорциональна косинусу угла между векторами намагниченности металлических электродов и величиной коэффициента поляризации электронов в электродах:

 = ₀(1+P²cos), (2)

 - угол между векторами намагниченности металлических электродов,

Р - коэффициент поляризации электронов.

Коэффициент поляризации электронов для ферромагнитного материала определяется разностью плотности состояния электронов на уровне Ферми с противоположно ориентированными спинами:

Р=[D^(E_F)-D^(E_F)]/[D^(E_F)+D^(E_F)], (3)

где D^ и D^ – плотности состояний электронов с противоположно ориентированными спинами.

Применение этой модели к гранулированным композитным материалам (которые можно представить как совокупность большого числа туннельных переходов ферромагнетик-диэлектрик-ферромагнетик), и усреднение по возможным соседним парам гранул позволило получить выражение, в котором фигурирует не угол между векторами намагниченности гранлу, а макроскопический параметр – квадрат относительной (или приведенной, что, по сути дела, одно и то же) намагниченность всего материала (I/I_S)². Учет спиновой поляризации туннелирующих электронов, а также обменного взаимодействия(А) между туннелирующими электронами и электронами, находящимися в грануле, позволил получить выражение для магнитосопротивления, включающее приведенную намагниченность композита, легко определяемую в эксперименте:

R R₀ = -(АP/kT)(I/I_S)² , (4)

либо в несколько иной форме:

R/R₀ = -[P²(I/I_S)²]/[1+ P²(I/I_S)²]. (5)

Используя выражение (5) можно количественно оценить значение коэффициента поляризации электронов. Однако этим выражением можно пользоваться только в том случае, когда модель Слончевски адекватно описывает поведение магнитосопротивления при изменении магнитного поля. Для того чтобы проверить адекватность модели можно использовать простой алгоритм. В области сравнительно небольших полей в выражении (5) можно пренебречь знаменателем. Во-первых, значение I/I_S всегда лежит в пределах 0  1, а в небольших полях это отношение заведомо меньше 1, во-вторых, коэффициент поляризации (Р) всегда меньше единицы, и, в-третьих, обе эти величины возводятся в квадрат. Поэтому магнитосопротивление можно рассматривать как величину пропорциональную квадрату приведенной намагниченности, нормированной на квадрат коэффициента поляризации:

R/R₀  -P²(I/I_S)². (6)

Если данная корреляция наблюдается экспериментально, то можно использовать выражение (5) для количественной оценки коэффициента поляризации. Для этого необходимо достичь магнитного насыщения композита, то есть дойти до состояния, когда величина намагниченности будет практически равна намагниченности насыщения. В этом случае, отношение I/I_S будет равно 1 и выражение (6) придет к

R/R₀ = - P²/(1+P²). (7)

К сожалению, точное определение значения Р по формулам (6) и (7) затруднительно, хотя бы потому, что состояние магнитного насыщения в суперпарамагнетике достижимо в достаточно больших полях, превышающих значения 10 -12 кЭ, обычно получаемых с помощью лабораторных электромагнитов.

2. Измерение магнитосопротивления

Исследование магнитосопротивления тонкопленочных объектов осуществляется непосредственным измерением электросопротивления образцов при изменении внешнего магнитного поля. Измерение сопротивления образцов проводится потенциометрическим методом, по двух-зондовой схеме на постоянном токе. Возможность использования двух-зондовой схемы обусловлена высоким удельным сопротивлением исследуемых материалов. Расчет величины магнитосопротивления ведется в соответствии с выражением (1).

Измерительная установка (рис. 2) состоит из цепи питания катушек электромагнита (5), включающей в себя переменный трансформатор (1), выпрямитель (2), фильтр (3) и переключатель полярности магнита (4). Цепь питания позволяет плавно и равномерно менять магнитное поле в зазоре между кернами электромагнита в пределах 0 – 11 кЭ. Напряженность магнитного поля в зазоре электромагнита определяется с помощью датчика Холла (6), запитываемого источником постоянного тока (7), стабильность которого контролируется амперметром (8). На исследуемый образец (9) подается постоянный ток от источника питания (10), управляемого компьютером (12), и с этих же зондов снимается падение напряжения на образце, пропорциональное его сопротивлению.

С помощью переменного трехфазного трансформатора (1) осуществляется изменение тока в катушках магнита (5) и, соответственно, изменение магнитного поля в зазоре, то есть в том месте, где расположен образец (9). Холловское напряжение с датчика Холла подается на плату АЦП (11) компьютера (12)

Рис.2. Схема установки для измерения магнитосопротивления пленочных образцов: 1 - переменный трансформатор, 2 - выпрямитель, 3 – фильтр, 4- переключатель полярности магнита, 5 – катушки электромагнита, 6 – датчик Холла, 7 - источником постоянного тока, 8 - амперметр, 9 – образец, 10 - источника питания измерительной цепи, 11 – АЦП, 12 - компьютер

и пересчитывается с учетом коэффициента чувствительности к значениям магнитного поля. В свою очередь величина падения напряжения на образце, также считываемая АЦП компьютера, пересчитывается к значениям сопротивления. В результате работы программного пакета формируется файл, содержащий значения магнитного поля и соответствующие этому полю значения сопротивления образца. Полученные данные позволяют определить величину магнитосопротивления образца для каждого измеренного значения поля.

3. Практическое задание

Измерить полевую зависимость электросопротивления тех же образцов наногранулированных композитов, которые измерялись в л/р № 3.

Последовательность выполнения

• Создать стабильные электрические контакты к образцу:

исследуемые материалы представляют собой сложные гетерогенные системы, содержащие металлическую и диэлектрическую фазы. Вследствие этого серьезной проблемой является создание стабильных омических контактов к поверхности образцов.

Для создания таких контактов необходимо:

- тщательно очистить поверхность образцов от органических загрязнений с помощью бензина;

- нанести на поверхность образца в места контактов эвтектическую смесь In-Ga;

- проследить за тем, чтобы зонды помещались на контактные площадки, сформированные «эвтектикой».

• Поместить образец на держатель, зафиксировать контакты и проверить качественность подключения образца в измерительную цепь:

Для корректного измерения сопротивления образцов необходимо чтобы на магазине сопротивлений, используемого в качестве стандартного сопротивления, была выставлена величина равная измеряемому сопротивлению образца. Для этого необходимо оценить значение сопротивления исследуемого образца. Тестовое измерение сопротивление образца осуществляется с помощью мультиметра.

• Разместить держатель с образцом между наконечниками электромагнита.

• Запустить измерительную программу, но НЕ подавать питание на электромагнит:

При подаче на образец напряжения, вследствие гетерогенной структуры исследуемого материала, в нем возникают процессы, связанные с релаксацией напряжения. Это выражается в изменении величины сопротивления, при неизменных внешних параметрах. Поэтому после приложения напряжения к образцу необходимо выждать в течение 5 – 15 минут пока релаксационный процесс не замедлится настолько, что в течении 5 мин. изменение сопротивления не будет превышать двух единиц младшего разряда по шкале омметра (или временная зависимость сопротивления выйдет на постоянный участок).

• После того как сопротивление образца стабилизируется следует перезапустить измерительную программу на компьютере, включить электродвигатель на ЛАТР-е и приступить к исследованию полевой зависимости сопротивления образца.

• Считать полученный файл редактором и построить зависимость электрического сопротивления образца от напряженности магнитного поля.

• Пересчитать полученную зависимость к значениям магнитосопротивления.

• Построить концентрационную зависимость МС композитов (или зависимость МС от номера образца).

• Соотнести полученные результаты с возможной морфологией исследованных образцов.

Используя выражение (6) и (7), а также результаты, полученные при выполнении л/р № 3, построить и совместить на одном рисунке полевую зависимость магнитосопротивления и полевую зависимость приведенной намагниченности. За значение I_S образца принять значение намагниченности в максимальном поле, достигнутом в измерительном эксперименте. В этом поле (в максимальном поле) значение МС должно совпасть с величиной (I/I_S)². Чтобы это произошло необходимо домножить значения (I/I_S)² на некоторый коэффициент, значение которого определяется величиной МС. Если в результате окажется, что кривые практически совпали (см. рис. 3) то можно использовать выражение (7) для численного определения величины Р. Правая часть выражения (7) будет равна экспериментально подобранному коэффициенту (значению магнитосопротивления).

Рис.3. Пример совпадения полевой зависимости магнитосопротивления и квадрата приведенной намагниченности наногранулированного композита

5. Контрольные вопросы

1. Структурные особенности материалов, проявляющих туннельное магнитосопротивление.

2. Объяснить механизм возникновения туннельного магнитосопротивления в гранулированных нанокомпозитах металл – диэлектрик.

3. Объяснить смысл понятия «поляризованные электроны».

4. Что такое коэффициент поляризации электронов?

5. В какой концентрационной области наблюдаются максимальные значения туннельного магнитосопротивления.

6. С чем связано насыщение туннельного магнитосопротивления при увеличении внешнего магнитного поля.

7. Как осуществляется исследование магнитосопротивления тонкопленочных образцов. Особенности экспериментальной методики.

8. Почему величина магнитосопротивления композитных образцов не превышает 6 – 8 %?

СОДЕРЖАНИЕ

	Лабораторная работа № 1. Получение наногранулированых композиционных материалов методом ионно-лучевого распыления составных мишеней………….	2
	Лабораторная работа № 2. Исследование температурной зависимости электросопротивления аморфных металлических сплавов при нагреве. Определение температуры кристаллизации……...............................	15
	Лабораторная работа № 3. Исследование процессов намагничивания тонкопленочных образцов аморфных ферромагнитных сплавов. Сравнение аморфного и закристаллизованного сплава……………………	27
	Лабораторная работа № 4. Туннельное магнитосопротивление нанокомпозитов металл-диэлектрик……………………………………………...	37