2. Експериментальні результати

Як відмічалося раніше, явище ГМО спостерігається експериментально в багатошарових плівкових структурах, які складаються як із однокомпонентних шарів, так і з гранульованих сплавів.

2.1 Багатошарові плівкові системи

Оскільки плівкові системи Fe/Cr і Co/Cu можливо розглядати як модельні, то ми приділимо основну увагу літературним даним на прикладі цих систем. Раніше відмічалося, що в цьому випадку використовуються дві геометрії експерименту – СПП і СПРП (рис. 2а,б).

Рисунок 2 - Геометрія дослідження ГМО: а – СПРП; б – СПП – геометрія [1]

У роботі [2] подано огляд деяких відомих на 1995 р. у літературі даних про ГМО в плівкових мультишарах Co/Cu і Fe/Cr та деяких гранульованих сплавах. На рис. 3 наведені залежності ГМО від напруженості магнітного поля для полікристалічних мультишарів на основі Co і Cu та Fe і Cr, отримані при Т = 300К при використанні СПРП-геометрії. Плівкові зразки отримувалися магнетронним розпиленням на підкладку (100) Si, покриту тонким шаром (d = 1,0-1,5 нм) оксиду, при Т_п = 300К (мультишари Co/Cu) і Т_п = 400К (мультишари Fe/Cr). При такому виборі температури підкладки досягалася максимальна величина ГМО. При дослідженні залежності величини ГМО від товщини неферомагнітного шару було встановлено її осцилюючий характер (рис. 4).

Рисунок 3 - ГМО в плівкових мультишарах з буферними шарами Si/Cr(4нм)/[Fe(0,8)/Cr(0,75)]₃₉/Fe(0,8)/Cr(1,5) та Si/Fe(5)/[Со(0,8)/Cu(0,75)]₅₉/Со(0,8)/Fe(2)

Цей ефект ряд авторів [2] пояснюють малим розміром кристалітів у плівці Cu (10-20 нм) з переважною і побічною орієнтаціями (111) і (100). При збільшенні d_Cu ймовірно змінюється орієнтація кристалів, що й спричиняє осциляцію ГМО. Подібні осциляції спостерігаються також і в мультишарах на основі пермалою і золота. У роботі [5] наведені результати дослідження ГМО в мультишарах на основі Ag і Co в СПП- і СПРП – геометрії. Залежно від d_Ag ГМО змінюється в межах від 50 до 10% (d_Ag = 10 або 60 нм). Отримано, що в СПП-геометрії ГМО в 10 разів більше порівняно із СПРП-геометрією, якщо d_Ag = 2-60 нм, а d_Со = 6-15 нм.

Автори роботи [6] на прикладі мультишарів [Fe(3)/Cr(1,2)]₁₀/Cr(110) вивчили ефект відпалювання до Т_в = 670 К на ГМО і структуру плівкової системи. Було отримано, що різке зменшення величини ГМО відбувається при відносно високих температурах (Т_в ≥ 570 К). Методом малокутової рентгенографії встановлено протікання слабкої дифузії в мультишарах.

У роботі [7] проаналізовані результати дослідження паралельного і перпендикулярного ГМО в мультишарах Co/Ag, Co(1,5)/Cu(0,8-6) [2] та Fe(2,0)/Cr(0,5-5). Зокрема, аналізуються причина великого значення, як і в [5], відношення Π = R_┴(H)/R_║(H) і природа осциляцій ГМО, які описані в [2] (рис. 4).

Рисунок 4 - Залежність величини ГМО від товщини неферомагнітного шару Cu

Автори [7] доходять висновку, що причиною цих явищ є реалізація змішаного стану (феромагнітний + антиферомагнітний) окремих шарів, що обумовлює на осциляційній залежності (при певних товщинах шару Cu або Fe) величину ГМО = 0.

Оскільки мультишари на основі Co і Cu та Fe і Cr стосовно ГМО є модельними, то багато досліджень протягом останнього десятиліття саме і присвячені цим багатошаровим системам, хоча відомі роботи, де вивчався ГМО в мультишарах Ag/Co [5], Dy/Sc [8] та ін. Причому в цих “нестандартних” системах мають місце свої особливості: в першому випадку спостерігається велике значення параметра π, у другому – велике додатнє значення магнітоопору. Велика кількість публікацій, присвячених системам Co/Cu і Fe/Cr, примушує нас зосередити увагу на експериментальних результатах найбільш узагальнюючих і з елементами новизни роботах [9-14].

У роботі [9] проведено дослідження ГМО мультишарів Co/Cu/Co між діелектричними шарами NiO: Ni(10)/NM2/F2/NM1/F1/NiO(50)/П, де NM1 = Cu(2), NM2 = Cu(1,2), F1 = Co(2), F2 = Co(4), П – підкладка. Величина ГМО досягає величини 25% (Т = 10К) або 15% (Т = 300К). Дані результати, а також розмірну залежність ГМО від товщини d_Со автори [9] пояснюють в рамках напівкласичного наближення спінових хвиль, в якому враховується величина коефіцієнта дзеркальності на межі ізолятор/метал.

Автори робіт [10, 11], безпосередньо не вивчаючи явище ГМО, на основі експериментальних [10] і розрахункових [11] даних аналізують вплив електронного розсіювання на різні параметри електроперенесення (провідність, спін-залежні кінетичний потенціал і густина струму та ін.).

Методика in situ, яку використовували автори [10] при вимірюванні провідності (G = R^-1, де R – загальний опір) багатошарової системи (рис. 5), дозволила розширити уявлення про роль міжмежового розсіювання електронів в електрофізичних властивостях.

У серії робіт М. Маршалек та ін. [12-14] подані деякі результати попередніх досліджень магніторезистивних властивостей мультишарів (у СПРП-геометрії) [Со(1)/Cu(2)]₂₀/БМе/Si, де БМе = Ag, In, Cu, Pb, Bi – буферна плівка на Si-підкладці товщиною 5-40 нм. Структурні характеристики мультишарів контролювалися методом малокутової або дифракційної рентгенографії і атомно-силової мікроскопії (АСМ).

Дані таблиці 1 дають уявлення про результати аналізу методом АСМ поверхні буферного шару і мультишару. Наскільки великий вплив буферного шару на ГМО, можна судити із даних, наведених на рис.6а.

Рисунок 5 - Експериментальна залежність провідності від загальної товщини тришарової плівкової системи Co(4)/Cu(d_Cu)/Co(2)/NiO/П, де товщина d_Cu = 0,78(а); 1,1(б); 1,55(в) та 2,33(г) нм [10]

Таблиця 1 – Результати аналізу поверхні [14]

Буферна плівка, Pb, нм	Топографія буферного шару		Топографія мультишару
	шорст-кість, нм	розміри острівків, нм		шорст-кість, нм	розміри острівків, нм	ГМО, %
5 10 20 30 40	1,6 3,7 9,6 2,1 38,0	47 179 237 230 443		3,1 4,3 7,8 5,6 12,8	45 138 153 182 207	3,0 2,7 1,7 1,6 1,8

Рисунок 6 - ГМО при Т = 300К в мультишарах [Со(1)/Cu(2)]₂₀/БМе/Si при різних буферних шарах(а) та ГМО у мультишарах [Со/Cu]₂₀ при різних товщинах буферного шару Pb (б)[12]

Рисунок 6б дає уявлення про величину ефекту ГМО у мультишарах [Со/Cu]₂₀ при різних товщинах d_Pb. Необхідно констатувати факт незначної величини ГМО і практичну відсутність залежності її від товщини буферного шару. Це слід пов’язувати із гранулярною будовою буферного шару при усіх товщинах [12].