книги из ГПНТБ / Сухвало, С. В. Структура и свойства магнитных пленок железо-никель-кобальтовых сплавов

статочном численном согласии. В областях существования гетерогенной фазовой структуры и высокого содержания же­ леза наблюдается значительное различие между намагничен­ ностью насыщения пленок и массивных образцов сплавов. Подобного рода различия могут наблюдаться также в плен­ ках, полученных разными способами [434].

Начальное и безгистерезисное намагничивание железо-ни- кель-кобальтовых пленок. При исследовании начального на­ магничивания тонких пленок необходимо обращать особое вни­ мание на выбор методики их размагничивания. Измерения на магнитометре показали, что метод размагничивания моно­ тонно убывающим переменным полем не обеспечивает полно­ го размагничивания. Особенно трудно размагнитить таким методом пленки, имеющие низкие поля насыщения и прямо­ угольную петлю гистерезиса.

Рис. 103. Концентрационная зависимость намагниченности насыщения тон­ ких пленок сплавов системы Fe—Ni—Со

230

Размагничивание посредством нагрева выше точки Кюри и последующего охлаждения, как известно, может привести к изменению свойств тонких пленок. В связи с этим указанная методика для тонких пленок не применима. Более приемлема следующая методика размагничивания. Было обнаружено, что пленки полностью размагничиваются с помощью постоян­ ного поля, направленного в плоскости пленки нормально к оси легкого намагничивания с последующим наложением в этом же направлении затухающего переменного поля. При этом необходимо, чтобы максимальная амплитуда переменного поля не превышала полей, соответствующих первым скачкам намагниченности. В связи с этим размагничивание тонких пленок можно проводить непосредственно в магнитометре после соответствующей их ориентации по отношению к перемагничивающим полям. Примененная методика позволяла проводить постоянный контроль степени размагниченности тонких пленок. Размагничивание считалось полным, если

281

включение поля, строго перпендикулярного плоскости пленки, не вызывало поворота подвижной системы, что свидетель­ ствовало о равенстве нулю результирующего магнитного мо­ мента пленок.

Начальное и безгистерезнсное намагничивание железо-ни- кель-кобальтовых пленок изучалось в [299, 433, 435]. Неко­ торые кривые начального намагничивания тонких пленок сплавов рассматриваемой системы изображены на рис. 105, из которого видно, что многие из них имеют достаточно вы­ сокую крутизну. При достижении полей, равных Нс, восходя­ щая ветвь кривой начального намагничивания резко перехо­ дит в горизонтальный участок, соответствующий практически магнитному насыщению пленки. Пленки ряда составов в направлении оси легкого намагничивания достигают состоя­ ния насыщения стремительно, почти одним скачком.

282

Для начального намагничивания пленок этих сплавов в направлении оси тяжелого намагничивания в некотором ин­ тервале полей характерна строго прямолинейная зависимость J —f(H) (рис. 106). У пленок большинства сплавов участок прямолинейной зависимости, соответствующий обратимому намагничиванию, простирается вплоть до полей, равных полю анизотропии. У пленок, состав которых благоприятствует возникновению вращательной анизотропии, участок обрати­ мого намагничивания наблюдается большей частью только в слабых полях.

Как видно из рис. 107, в интервале полей, где намагничи­ вание пленок вдоль оси тяжелого намагничивания происходит обратимо, начальная магнитная проницаемость в направле-

Рис. 106. Кривые начального намагничивания тонких пленок 31 9% Fe_ 16,4% Ni—51,7% Со (/), 29,3% Fe—41,4% Ni—29,3% Со (2), 38,3% Fe— 33,2% Ni—28,5 Со (3), 32,9% Fe—67,1% Ni (4), 29,8% Fe—58,0% Ni— 12 2% Co (5), 40,9% Fe— 19,1% Ni—40,0% Co (6), 44,9% Fe—24,3% Ni—30,8%’ Co (7), 41,6% Fe—36,4% Ni—22,0% Co (8) и 42,3% Fe—48% Ni—9,7% Co (9)

вдоль осей тяжелого (1—5) и легкого (8—9) намагничивания

283

нии указанной оси постоянна и для многих составов макси­

мальна.

Пленки сплавов, составы которых примыкают к вершинам никеля и кобальта, а также почти вся гетерогенная область изучаемых сплавов имеют пологую кривую начального на­ магничивания, достаточно высокие поля насыщения. Кривые начального намагничивания этих пленок по осям легкого и тяжелого намагничивания не имеют существенных различий.

Кривые безгистерезнсного намагничивания пленок J — f(H) в направлении оси легкого намагничивания имеют линейный

Рис. 107. Зависимость начальной магнитной проницаемости пленок 32,9% Fe—67,1% Ni (7), 29,3% Fe—41,4% Ni—29,3% Со (2), 29,8% Fe—58,0% Ni— 12,2% Co (3), 38,3% Fe—33,2% Ni—28,5% Co (4) и 31,9% Fe— 16,4% Ni—31,7% Co (5) от напряженности магнитного поля в направлении оси тяжелого намагничивания

начальный участок с исключительно высокой крутизной и резкий излом при переходе к насыщению (рис. 108). При со­ поставлении кривой безгистерезнсного намагничивания с пет­ лей гистерезиса можно практически отметить полное совпа­ дение характера изменения одной из ее ветвей с идеальной кривой намагничивания.

Экспериментальные данные показывают, что внутренний размагничивающий фактор тонких пленок, вычисленный по кривым безгистерезнсного намагничивания, в направлении оси легкого намагничивания на несколько порядков меньше, чем в направлении оси тяжелого намагничивания. Например, для пленок состава 30% Fe—40%'Ni—30% Со этот фактор равен 20,9-10~5 и 12,9-10—3 соответственно вдоль оси легкого и тяжелого намагничивания. Данное различие, по-видимому, находится в определенной связи с механизмом возникновения наведенной одноосной магнитной анизотропии тонких пленок,

284

механизмом кристаллизации пленок и их магнитной струк­

турой.

Гистерезисные характеристики тонких пленок сплавов системы Fe—Ni—Со. До недавнего времени не было проведе­ но полного исследования магнитных свойств ферромагнитных пленок рассматриваемой тройной системы. Первоначально изучались пленки лишь отдельных областей ее составов [436—442]. Полное и всестороннее исследование магнитных свойств пленок сплавов системы Fe—Ni—Со было впервые проведено в [299, 435, 443, 444] и других работах.

Рис. 108. Кривые идеального намагничивания пленок 19,4% Fe— 16,6% Ni— 64,0 Со (/), 23,8% Fe—8,9% Ni—67,3% Со (2), 23,2% Fe—35,8% Ni—41,0% Со (3), 29,5% Fe—41,5% Ni—29,0% Co (4), 19,8% Fe—59,0% Ni—21,2% Co

(5) и 20,2% Fe—68,6% Ni—11,2% Co (6) в направлении оси легкого намаг­ ничивания

Результаты измерений коэрцитивной силы пленок изучае­ мой системы в направлении оси легкого намагничивания при­

центре концентрационного треугольника. Область концентра­ ций трехкомпонентных пленок, характеризующихся низкими значениями коэрцитивной силы, включает в себя многие од­ нофазные сплавы с гранецентрированной кубической решет­ кой. Примерными границами этой области могут служить параллельные сечения с постоянным содержанием никеля 25 и 50%, и кобальта 20 и 55%.

Наряду с областью концентраций сплавов, расположенной вблизи составов, соответствующих перминвару, в исследован­ ной тройной системе сплавов с гранецентрированной кубиче­ ской решеткой можно назвать еще две области составов пле-

285

Ml

Рис. 109. Концентрационные зависимости коэрцитивной силы Нс (э) желе- зо-никель-кобальтовых пленок в направлениях осей легкого (а) и тяжелого (б) намагничивания [433, 443]

нок с малыми значениями коэрцитивной силы. Одна из них расположена в окрестности пермаллоевых железо-никелевых сплавов, а вторая — вблизи никель-кобальтовых сплавов с содержанием никеля 40—60%*. Как видно из рис. 109, а, раз­

области перминварных сплавов.

Отметим, что у пермаллоевых сплавов, находящихся на железо-никелевой стороне концентрационного треугольника, в массивном состоянии также имеет место минимум коэрци­ тивной силы. Наличие заметного минимума на кривой изме­ нения Нс у этих сплавов как для пленок, так и для массивных образцов не слишком существенно зависит от технологии по­ лучения и термообработки. В случае тройных железо-никель- кобальтовых сплавов перминварной композиции подобной особенности в поведении свойств массивных и пленочных образцов не наблюдается. Массивные железо-никель-кобаль- товые образцы, прошедшие обычную термообработку (отжиг, закалку), не обнаруживают значительного уменьшения коэр­ цитивной силы в том диапазоне концентраций, где у тонких пленок возникает область с минимумом Нс. Эффект уменьше­ ния коэрцитивной силы массивных трехкомпонентных сплавов данной системы наблюдается только после их термомагнит­ ной обработки.

Концентрационная зависимость величины Яс для пленок сплавов с решеткой объемноцентрированного куба характе­ ризуется тем, что минимум значений коэрцитивной силы на­ блюдается вблизи состава 50% Fe — 50% Со. Однако значе­ ния ее для пленок этих сплавов значительно выше, чем для пленок перминварных и пермаллоевых сплавов, и составляет

10—15 э.

В группе сплавов с решеткой ОЦК находится также по­ люс наибольших значений коэрцитивной силы пленок систе­ мы железо—никель—кобальт. Он расположен вблизи соста­ ва 10% Со—90% Fe. Заметим, что изменение Нс пленок вдоль оси тяжелого намагничивания в зависимости от состава (рис. 109,6) во многом повторяет все закономерности измене­ ния величины коэрцитивной силы этих пленок в направлении оси легкого намагничивания. В частности, концентрацион­ ные области с минимумом # с пленок исследуемой системы в направлениях обеих осей совпадают.

Для центральной части концентрационной диаграммы ха­ рактерны также самые низкие значения остаточной намагни­ ченности в направлении оси тяжелого намагничивания и наи­ более высокие значения остаточной намагниченности в на­ правлении оси легкого намагничивания (рис. ПО).

2S7

Как видно из рис. 111, центр концентрационной диаграм­ мы занят составами железо-никель-кобальтовых пленок с наибольшими значениями максимальной магнитной прони­ цаемости. Самое высокое значение ее в направлении оси лег­ кого намагничивания у пленок, содержащих приблизительно 26%- Fe, 43% Ni н 31% Со. Поверхность, образованная значе­ ниями ртах, снижается от центра треугольника к никелевому, кобальтовому н железному углам диаграммы. Высокие зна-

Xi

Со,ат. %

Рис. ПО. Концентрационная зависимость остаточной намагниченности (10-4 тл) пленок системы железо—никель—кобальт в направлении оси тя­ желого намагничивания

чения максимальной магнитной проницаемости наблюдаются также у пленок, состав которых расположен в следующих ча­ стях концентрационной диаграммы: вблизи ннкель-кобальто- вых сплавов с содержанием никеля 60—30%, и в окрестности

Ход кривых проницаемости тонких пленок в направлени­ ях осей легкого и тяжелого намагничивания показан на рис. 112. Как видно из рисунка, постоянство магнитной про­ ницаемости в направлении оси тяжелого намагничивания в

288

H i

19. С. В. Сухвало