2.2 Гранульовані сплави

У 1992 р. Берковіту та ін. (див., наприклад, [15]) вперше спостерігали ГМО в так званих гранульованих сплавах, що викликало нову хвилю зацікавленості цим явищем. Гранульовані сплави зазвичай отримують шляхом одночасного осадження на підкладку двох металевих компонент, які мають обмежену змішуваність в масивних зразках, одна із яких магнітна, а інша – немагнітна. В результаті цього при певному підборі концентрацій утворюються магнітні частинки (гранули), в немагнітну матрицю, розміри яких від декількох ангстрем до декількох нанометрів. ГМО спостерігався в ряді сплавів, таких, як Co_xCu_1-x, Co_xAg_1-x, NiFe_xAg_1-x, (Co70Fe30)_xAg_1-x [15], і було встановлено, що його величина змінюється в широких межах. Рисунок 7 ілюструє схематично утворення магнітних включень в немагнітній матриці.

Як і в плівкових мультишарах, у гранульованих сплавах опір сильно залежить від магнітного стану гранул. Він мінімальний при паралельній орієнтації магнітних моментів (насичення). У міру того, як буде відбуватися розорієнтація магнітних моментів, опір буде збільшуватися, досягаючи свого максимального значення R(H_max). Природа ГМО така сама, як і в мультишарах, – це спін-залежне розсіювання електронів провідності, яке відбувається в об’ємі феромагнітних гранул і на межах поділу. На прикладі робіт [1, 2, 15-18] можна зрозуміти, які особливості ГМО мають місце у гранульованих сплавах.

Рисунок 7 - Схематичне зображення еволюції форми і розмірів магнітних включень CoFe в немагнітній матриці Ag. Температура відпалювання, К: а – 77; б – 500; в – 700; г – 900 [15]

У роботі [1] наведені розрахункові дані ГМО як функції R_sv=N_s/N_v (N_s – число зв’язків, які з’єднують кластер з матрицею, N_v – число атомів у кластері) при концентрації магнітних атомів в 5, 10, 15 і 20%. Таким чином, R_sv, по своїй суті, – відношення площі поверхні кластера до його обєму. Розглянуто п’ять типів кластерів у вигляді точки (1 вузол), із трьох взаємноперпендикулярних гантелей (7 вузлів) та у вигляді куба (8, 19 і 27 вузлів). Отримано, що при всіх концентраціях існує лінійна залежність ГМО від R_sv в межах 10 % (R_sv = 2) – 20 % (R_sv = 6) для концентрації 5% і 35% (R_sv = 2) – 60% (R_sv = 6) для концентрації 20%. Кореляцію між ГМО і R_sv автори [1] пояснюють тим, що ферміївська довжина хвилі електрона (λ_ф) - величина такого ж порядку, як і параметр решітки, і розсіювання відбувається в області розміром λ_ф.

Систематичні дослідження структурних, магнітних і транспортних властивостей гранулярного сплава (CoFe)_xAg_1-x у невідпаленому (77К) та відпаленому (до 900К) стані проведені в роботі [15]. Структурні відмінності сплаву (рис. 7) значно впливають на ГМО. Було встановлено, що амплітуда ГМО має максимум у відпалених при Т_в = 600К (плазмове розпилення) і в невідпалених зразках (термічне випаровування в надвисокому вакуумі).

До великого ступеня аналогічності отримані результати у роботі [16] на плівковому гранульованому сплаві (Co₅₀Fe₅₀)_xAg_1-x при 0,08<х<0,80, де х – об’ємна частка, товщиною d = 400 нм (електронно-променеве співосадження компонентів). Було отримано максимальне значення ГМО≈35% при Т = 10К, х = 0,13 у полі Н = 50кЕр. У той самий час при Т = 300К ГМО≈17%. У роботі [17] наведені результати, подібні до аналогічних даних [16]. Але в цьому випадку вивчалися гранульовані керметні плівки (Co₅₀Fe₅₀)_x(Al₂O₃)_1-x. Було отримано, що ізотропний тунельний магнітоопір (ефект, який як і ГМО, пов’язаний із спін-залежним розсіюванням носіїв електричного струму) величиною до 10 % спостерігається при кімнатній температурі при концентраціях 0,12<х<0,16.

У роботі [18] досліджувався вплив термообробки і хімічного складу на магніторезистивні властивості швидкозакалених стрічок Co-Cu. Було отримано максимальне значення ГМО≈20% у зразках із 20 мас.% Со, які пройшли термообробку при 810К. Установлено, що мікроструктура сплаву містить два типи гранул Со із характерним розміром 10² нм (вони задають магнітні властивості сплаву в цілому) та 5 нм (визначають величину ГМО).