RU2360234C1 - Способ определения пространственного распределения магнитного момента в нанослое - Google Patents
Способ определения пространственного распределения магнитного момента в нанослое Download PDFInfo
- Publication number
- RU2360234C1 RU2360234C1 RU2007137312/28A RU2007137312A RU2360234C1 RU 2360234 C1 RU2360234 C1 RU 2360234C1 RU 2007137312/28 A RU2007137312/28 A RU 2007137312/28A RU 2007137312 A RU2007137312 A RU 2007137312A RU 2360234 C1 RU2360234 C1 RU 2360234C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nanolayer
- magnetic
- neutron
- spatial distribution
- neutrons
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 36
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000002139 neutron reflectometry Methods 0.000 claims description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 10
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
Abstract
Использование: для определения пространственного распределения магнитного момента в нанослое. Сущность заключается в том, что осуществляют измерение коэффициентов отражения пучка поляризованных нейтронов, при этом исследуемый нанослой помещают внутри немагнитного нанослоя с низким значением потенциала взаимодействия нейтронов, немагнитный нанослой с низким потенциалом взаимодействия нейтронов размещают между двумя немагнитными нанослоями с высоким потенциалом взаимодействия нейтронов, вся структура из нанослоев наносится на подложку, а по зависимости четырех коэффициентов отражения нейтронов от переданного волнового вектора, соответствующих переходам нейтронов с двух начальных состояний с проекцией спина нейтрона вдоль направления магнитного поля и против в два конечные состояния с такими же проекциями спина, судят о пространственном распределении магнитного момента. Технический результат: повышение чувствительности измерений пространственного распределения вектора магнитного момента в нанослое. 1 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к области определения свойств наносистем, в частности методике диагностики магнитных свойств нанослоя, что важно при определении характеристик поведения нанослоя в магнитном поле.
Известный способ [1] (прототип) определения пространственного распределения намагниченности в магнитном нанослое состоит в использовании отражения поляризованных нейтронов непосредственно от нанослоя. По зависимостям двух коэффициентов отражения нейтронов от переданного волнового вектора нейтрона, соответствующих проекциям спина нейтрона вдоль и против направления магнитного поля, судят о распределении намагниченности.
Недостатком способа является небольшая чувствительность, позволяющая, например, регистрировать ферромагнитный нанослой железа толщиной в один ангстрем.
Технической задачей является повышение чувствительности измерений пространственного распределения вектора магнитного момента в нанослое. Согласно изобретению поставленная цель достигается тем, что исследуемый нанослой помещают внутри немагнитного нанослоя с низким значением потенциала взаимодействия нейтронов, немагнитный нанослой с низким потенциалом взаимодействия нейтронов размещают между двумя немагнитными нанослоями с высоким потенциалом взаимодействия нейтронов, вся структура из нанослоев наносится на подложку, выполняют четыре измерения коэффициентов отражения нейтронов от наноструктуры, соответствующих спиновым переходам нейтрона из двух начальных состояний в два конечные, а по зависимостям коэффициентов отражения нейтронов от переданного волнового вектора судят о пространственном распределении магнитного момента.
Физическая сущность изобретения заключается в том, что благодаря многократному отражению нейтронов от двух нанослоев с высоким потенциалом взаимодействия в исследуемом слое возникает усиленная стоячая нейтронная волна, характеризуемая увеличенной по сравнению с начальной плотностью нейтронов. Это приводит к возрастанию потока отраженных нейтронов, испытавших переход между начальным спиновым состоянием вдоль (против) направления магнитного поля в конечное состояние против (вдоль) магнитного поля. Другими словами, увеличивается чувствительность измерений к определению как величины магнитного момента, так и угла между вектором магнитного момента и направлением внешнего магнитного поля. В настоящее время экспериментально достигнутое увеличение плотности нейтронов составляет 230. При этом конечное разрешение существующих в настоящее время спектрометров нейтронов по переданному волновому вектору ограничивает увеличение плотности нейтронов до величины 1000-3000. Оценки показывают, что таким способом можно регистрировать ферромагнитный нанослой, составляющий толщину всего 10-4-10-3 нм. Если же нанослой имеет большую толщину, например 100 нм, то в нем концентрация атомов железа будет определена на уровне 10-4-10-3%.
Технически данный способ реализуется следующим образом. Подложка толщиной 1-5 мм и размерами в плоскости больше чем 5×5 мм изготавливается из полированной пластины кремния или окисла магния или из полученного разливом на поверхности жидкого олова стекла. Далее на подложку наносятся последовательно слои структуры. Для качественного изготовления структуры, когда шероховатость на границах раздела невелика, нужно использовать или метод магнетронного распыления, или метод молекулярной эпитаксии. Если магнитный нанослой достаточно толстый, то он прямо помещается между нанослоями с высоким значением потенциала. Например, для приготовления структуры Cu (30 нм)/Fe (40 нм)/Cu (100 нм)/Si на кремний последовательно наносятся слой меди толщиной 100 нм, слой железа толщиной 40 нм и слой меди толщиной 30 нм. В случае если исследуемый слой железа имеет небольшую толщину, например 1 нм, приготавливается структура Cu (30 нм)/Ti (15 нм)/Fe (1 нм)/Ti (15 нм)/Cu (100 нм)/Si, в которой магнитный слой железа помещен внутри немагнитного слоя титана. Далее пучок поляризованных нейтронов направляют на структуру и измеряют коэффициенты отражения нейтронов от структуры. По зависимостям четырех коэффициентов отражения нейтронов от переданного волнового вектора, соответствующих переходам нейтронов с двух начальных состояний с проекцией спина нейтрона вдоль и против направления магнитного поля в два конечные состояния с такими же проекциями спина, судят о пространственном распределении магнитного момента.
На чертеже приведены экспериментальные данные зависимостей от длины волны (длина волны нейтрона обратно пропорциональна переданному моменту) коэффициентов отражения нейтронов R++, R+- и R-+ от структуры Cu (10 нм)/Ti (50 нм)/Fe (12 нм)/Ti (150 нм)/Cu (100 нм)/стекло (5 мм) при значении напряженности магнитного поля 4.5 кЭ и угле между направлением вектора напряженности магнитного поля и плоскостью структуры 0 градусов (указано черным квадратиком на чертеже), 10 градусов (указано черным ромбиком), 25 градусов (указано светлым квадратиком) и 80 градусов (указано черным кружком). При этом предполагается, что намагниченность слоя железа лежит в плоскости структуры. Здесь первый значок
"+ (-)" указывает тип начального спинового состояния, второй значок "+ (-)" - тип конечного спинового состояния. Плюс соответствует проекции спина нейтрона вдоль направления вектора напряженности магнитного поля, минус - против. Потенциал взаимодействия нейтронов для слоев меди равен 172 нэВ, а для слоя титана - 50 нэВ. Видно, что с увеличением угла увеличиваются провалы в зависимости R++ и одновременно возрастают максимумы в зависимостях R+- и R-+. Положение максимумов и провалов на оси длин волн нейтронов в зависимостях указывает на пространственное положение магнитного слоя железа Fe (12 нм) относительно отражающего слоя Cu (100 нм).
В данной структуре плотность нейтронов возрастает в 50 раз, и это уже позволяет за короткое время измерений (порядка 1 час) наблюдать большой эффект (несколько десятых долей) изменения коэффициентов отражения нейтронов.
Источники информации
1. V.V.Pasyuk, H.J.Lauter, M.T.Johnson, F.J.A. den Broeder, E.Janssen, J.A.C.Bland and A.V.Petrenko. Magnetic properties of a Pd/Co/Pd ultrathin film studied by polarized neutron specular reflection. Applied Surface Science 65/66 (1993) 118-123.
Claims (1)
- Способ определения пространственного распределения магнитного момента в нанослое, включающий измерение коэффициентов отражения пучка поляризованных нейтронов, отличающийся тем, что исследуемый нанослой помещают внутри немагнитного нанослоя с низким значением потенциала взаимодействия нейтронов, немагнитный нанослой с низким потенциалом взаимодействия нейтронов размещают между двумя немагнитными нанослоями с высоким потенциалом взаимодействия нейтронов, вся структура из нанослоев наносится на подложку, а по зависимости четырех коэффициентов отражения нейтронов от переданного волнового вектора, соответствующих переходам нейтронов с двух начальных состояний с проекцией спина нейтрона вдоль направления магнитного поля и против в два конечные состояния с такими же проекциями спина, судят о пространственном распределении магнитного момента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007137312/28A RU2360234C1 (ru) | 2007-10-08 | 2007-10-08 | Способ определения пространственного распределения магнитного момента в нанослое |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007137312/28A RU2360234C1 (ru) | 2007-10-08 | 2007-10-08 | Способ определения пространственного распределения магнитного момента в нанослое |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007137312A RU2007137312A (ru) | 2009-04-20 |
| RU2360234C1 true RU2360234C1 (ru) | 2009-06-27 |
Family
ID=41017286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007137312/28A RU2360234C1 (ru) | 2007-10-08 | 2007-10-08 | Способ определения пространственного распределения магнитного момента в нанослое |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2360234C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450260C1 (ru) * | 2010-12-08 | 2012-05-10 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Способ исследования магнитно-неколлинеарного состояния нанослоя |
| RU2559351C1 (ru) * | 2014-07-02 | 2015-08-10 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Способ определения пространственного распределения плотности в нанослое |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4238734A (en) * | 1977-11-07 | 1980-12-09 | Steingroever Dietrich A | Apparatus for measuring the magnetic moments of a body using a magnetic field generated by a permanent magnetic |
| SU938228A1 (ru) * | 1980-06-12 | 1982-06-23 | Пензенский Государственный Педагогический Институт Им.В.Г.Белинского | Способ определени магнитных моментов ферромагнитных частиц |
| US6844724B1 (en) * | 2002-09-30 | 2005-01-18 | Seagate Technology Llc | Compensation technique for measurement of magnetic moment and anisotropy field of perpendicular recording media with soft underlayer |
-
2007
- 2007-10-08 RU RU2007137312/28A patent/RU2360234C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4238734A (en) * | 1977-11-07 | 1980-12-09 | Steingroever Dietrich A | Apparatus for measuring the magnetic moments of a body using a magnetic field generated by a permanent magnetic |
| SU938228A1 (ru) * | 1980-06-12 | 1982-06-23 | Пензенский Государственный Педагогический Институт Им.В.Г.Белинского | Способ определени магнитных моментов ферромагнитных частиц |
| US6844724B1 (en) * | 2002-09-30 | 2005-01-18 | Seagate Technology Llc | Compensation technique for measurement of magnetic moment and anisotropy field of perpendicular recording media with soft underlayer |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| V.V.PASYUK, H.J.LAUTER, M.T.JOHNSON, F.J.A.DEN BREEDER, E.JANSSEN, J.A.C.BLAND AND A.V.PETRENKO. MAGNETIC PROPERTIES OF A Pd/Co/Pd ULTRATHIN FILM STUDIED BY POLARIZED NEUTRON SPECULAR REFLECTION. APPLIED SURFACE SCIENCE 65/66 (1993) 118-123. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2450260C1 (ru) * | 2010-12-08 | 2012-05-10 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Способ исследования магнитно-неколлинеарного состояния нанослоя |
| RU2559351C1 (ru) * | 2014-07-02 | 2015-08-10 | Объединенный Институт Ядерных Исследований | Способ определения пространственного распределения плотности в нанослое |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007137312A (ru) | 2009-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Porras et al. | Pseudospin-lattice coupling in the spin-orbit Mott insulator Sr 2 IrO 4 | |
| Röhlsberger et al. | Imaging the magnetic spin structure of exchange-coupled thin films | |
| US7265845B2 (en) | Surface corrugation enhanced magneto-optical indicator film | |
| Chen et al. | Time-resolved magneto-optical Kerr effect of magnetic thin films for ultrafast thermal characterization | |
| US20190377037A1 (en) | Method for providing a magnetic rotary sensor enabled by spin-orbit torque and spin current | |
| Mok et al. | Magneto-optical coupling in ferromagnetic thin films investigated by vector-magneto-optical generalized ellipsometry | |
| Parkin et al. | Unidirectionally biased Permalloy: A polarized-neutron-reflection experiment | |
| KR100905737B1 (ko) | 수직자기이방성을 갖는 스핀밸브 자기저항소자 | |
| Hase et al. | Soft-x-ray resonant magnetic diffuse scattering from strongly coupled Cu/Co multilayers | |
| Theis-Bröhl et al. | CoFe stripes: Magnetization reversal study by polarized neutron scattering and magneto-optical Kerr effect | |
| RU2360234C1 (ru) | Способ определения пространственного распределения магнитного момента в нанослое | |
| Baril et al. | Magnetostriction in spin valves | |
| KR20010078004A (ko) | 자기센서 및 이를 이용한 자기기억장치 | |
| Enpuku et al. | Biological immunoassay utilizing magnetic marker and high Tc superconducting quantum interference device magnetometer | |
| US11474167B1 (en) | Method and an apparatus for detecting a magnetic field | |
| RU2444727C1 (ru) | Способ определения пространственного распределения намагниченности нанослоя | |
| Pufall et al. | Layer-resolved magnetometry of a magnetic bilayer using the magneto-optical Kerr effect with varying angle of incidence | |
| Chakarian et al. | Canted coupling of buried magnetic multilayers | |
| Freeland et al. | Identifying layer switching in magnetic multilayers with x-ray resonant magnetic scattering | |
| Zhao et al. | Magnetic properties of uniaxial synthetic antiferromagnets for spin-valve applications | |
| CN111208455A (zh) | 一种铁磁体探针探测反铁磁体磁各向异性的方法 | |
| Pufall et al. | Studying the reversal mode of the magnetization vector versus applied field angle using generalized magneto-optical ellipsometry | |
| Saerbeck et al. | Neutron scattering and its application to investigate magnetic thin film structures | |
| Pleshanov et al. | Testing the first neutron mirror flipper | |
| Ott | Neutron surface scattering. Application to magnetic thin films |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161009 |