Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Юр’єв Сергій Олексійович
УДК 539.23 : 621.318.1
ВПЛИВ ДІАМАГНІТНОГО ЗАМІЩЕННЯ У ФЕРИМАГНІТНИХ ПЛІВКАХ НА ЇХ МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ
01.04.18. - Фізика і хімія поверхні
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата фізико-математичних наук
Івано-Франківськ-2001 р.
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі електронних приладів Національного університету “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: кандидат фізико - математичних наук, доцент
Лопатинський Іван Євстахович,
Національний університет “Львівська політехніка”,
завідувач кафедри фізики.
Офіційні опоненти:
доктор фізико - математичних наук, професор кафедри твердотільної електроніки,
Довгошей Микола Іванович,
Ужгородський національний університет, м. Ужгород;
кандидат фізико - математичних наук,
Кузьмак Орест Миронович,
Інституту магнетизму Міністерства освіти і науки України та НАН України,
вчений секретар, м. Київ.
Провідна установа: Інститут металофізики ім. Г.В.Курдюмова НАН
України, (м.Київ)
Захист відбудеться “15“ березня 2001 р. о 11 год. на засіданні
спеціалізованої вченої ради К.20.051.03. в Прикарпатському університеті імені Василя
Стефаника за адресою: 76000, м. Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 57.
З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Прикарпатського
університету імені Василя Стефаника (вул.Шевченка,57).
Автореферат розісланий “15” лютого 2001 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради К.20.051.03.
кандидат фізико - математичних наук КЛАНІЧКА В.М
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальніcть роботи. На сьогоднішній день все більшого значення набувають дослідження плівкового стану та поверхневих шарів твердих середовищ, що у великій мірі пов’язано в першому випадку з перспективою використання плівок у різних галузях науки та техніки в якості функціональних матеріалів, а в другому - з поліпшенням або наданням нових фізико-хімічних властивостей поверхням конструкційних матеріалів. Межі використання таких матеріалів постійно розширюються.
Так, в останні роки в техніці надвисоких частот (НВЧ) використовується явище розповсюдження магнітостатичних хвиль (МСХ) в монокристалічних плівках залізо-ітрієвого гранату (ЗІГ), що дозволяє розробляти НВЧ - пристрої на нових фізичних принципах. Для розширення частотного діапазону роботи НВЧ - пристроїв та їх номенклатури необхідні монокристалічні плівки з іншими ніж у ЗІГ значеннями магнітних параметрів, що може бути реалізовано в плівках заміщеного ЗІГ та плівках феритів з іншими структурами кристалічної решітки.
Монокристалічні плівки заміщених ферит-гранатів сьогодні також знаходять застосування як в запам’ятовуючих пристроях - магнітооптичних і на циліндричних магнітних доменах (ЦМД), так і в сенсорній техніці.
Увага розробників пристроїв на МСХ до монокристалічних плівок ферит-шпінелей зумовлена більшими значеннями їх намагніченості насичення (4Ms) та температур Кюрі у порівнянні з монокристалічними плівками ЗІГ. Перспектива використання ферит-шпінелей у цьому напрямку залежить від виготовлення якісних плівок.
На шляху створення нових магнітних матеріалів особлива увага приділяється заміщеним феримагнітним системам, які утворюються при заміні в основній матриці магнітних іонів немагнітними. До перспективних способів цілеспрямованої модифікації поверхневих шарів матеріалів відноситься і їх термічна обробка, що робить можливим формування поверхневих шарів зі зміненими фізико-хімічними властивостями.
Розробку нових та проведення цілеспрямованої модифікації відомих функціональних та конструкційних матеріалів для забезпечення фізико-хімічних властивостей, які б відповідали заданим технічним вимогам, неможливо здійснювати без установлення впливу хімічних заміщень та умов синтезу на їх магнітні властивості та структуру, що є однією з актуальних наукових та прикладних задач.
До початку досліджень, проведених в дисертації, не було розв’язано ряд фізико-техно-логічних питань, пов’язаних з вирощуванням методом рідинно-фазової епітаксії (РФЕ) монокристалічних плівок заміщеного ЗІГ, шаруватих ферит-гранатових структур. Не були досліджені надтонкі взаємодії в монокристалічних плівках ферит-шпінелей в залежності від технологічних умов. Залишається до кінця нез’ясований вплив термічної обробки на структурно-фазовий склад та магнітну структуру поверхневих шарів конструкційних сталей деяких складів.
Для прогнозування магнітних властивостей вирощуваних монокристалічних плівок в дисертації проведені також дослідження впливу діамагнітних заміщень в октаедричній підрешітці на магнітні властивості та надтонкі взаємодії у феритах зі структурами гранату та шпінелі. Подібні роботи для феритів обмежувались в основному дослідженнями заміщень в тетраедричній під-решітці.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати дисертації були отримані в ході виконання держбюджетних науково-дослідних робіт, які проводились згідно рішень Мінвузу УРСР (№0193U040356), рішень науково-технічної ради ДУ “Львівська полі-техніка” (№№ 0194U029622, 0196U000169, 0198U002344) та госпдоговірних науково-дослідних робіт (№№ 79055385, 01840021268, 01870049683, 01880086668, 01860008668), у виконанні яких здобувач приймав безпосередню участь.
Мета і задачі досліджень. Основною метою роботи було встановлення впливу діамагнітних заміщень, умов синтезу на структуру, магнітні властивості та надтонкі взаємодії у феримагнітних плівках та поверхневих шарах залізомістких сплавів для прогнозованої модифікації відомих і створення нових функціональних та конструкційних матеріалів.
Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:
- дослідження особливостей технології вирощування, магнітних властивостей монокристалічних плівок ЗІГ, Sc- та Ga-заміщеного ЗІГ та багатошарових ферит-гранатових структур;
- дослідження надтонких взаємодій в мoнокристалічних плівках ферит-шпінелі нікелю у взаємозв'язку з умовами їх вирощування та складом;
- розробка способів зменшення дефектності монокристалічних ферит-гранатових плівок з ЦМД;
- вивчення впливу діамагнітних заміщень іонів Fe+ в октаедричній підрешітці на надтонкі взаємодії у феритах зі структурами шпінелі та гранату, визначення інтегралів обмінних взаємодій між іонами Fe+, які знаходяться в магнітнонееквівалентних положеннях у ферит-шпінелі;
- дослідження впливу термічної обробки на структурно-фазовий склад поверхневих шарів залізомістких сплавів та надтонкі взаємодії у них;
- отримання інформації про надтонкі взаємодії, магнітні властивості та особливості криста-лічної структури нових інтерметалідів та фаз Гейслера;
- удосконалення методики ядерної гамма-резонансної спектроскопії (ЯГР).
Наукова новизна одержаних результатів У дисертаційній роботі застосовано комплексний підхід до вивчення магнітних властивостей феримагнітних плівок, який базується на використанні як сучасних експериментальних методів та теоретичних моделей, так і результатів досліджень магнітних властивостей об’ємних магнетиків та надтонких взаємодій у них, що дозволило одержати такі нові наукові результати:
- установлено кореляції між магнітними характеристиками епітаксійних плівок Sc- та Ga- заміщеного ЗІГ, багатошарових ферит-гранатових структур, вирощених методом РФЕ, та параметрами їх росту, і показано, що упровадження в кристалічну решітку ЗІГ іонів лантану приводить до зменшення неузгодженості (а) між параметрами решіток плівки і підкладки та збільшення намагніченості насичення в епітаксійних плівках Sc:ЗІГ;
- вперше установлено і пояснено зв’язок параметрів ЯГР спектрів зі структурою, магнітними властивостями і особливостями технології синтезу монокристалічних плівок ферит-шпінелі нікелю;
- установлено та обгрунтовано відмінності в структурно-фазовому стані, магнітній структурі, що спостерігаються в поверхневих шарах конструкційних матеріалів на основі заліза і обумовлені характером їх термічної обробки, упровадженням атомів азоту;
- виявлено магнітнонееквівалентні положення іонів заліза в тетраедричній підрешітці феритів зі структурою гранату і шпінелі при діамагнітному заміщенні цих іонів в октаедричній підрешітці та вперше отримані значення інтегралів обмінних взаємодій між іонами Fe+ в магнітнонееквівалентних положеннях у ферит-шпінелі;
- вперше установлено вплив хімічного складу та особливостей кристалічної структури на надтонкі взаємодії та характер магнітного упорядкування в ряді нових потрійних інтерметалічних сполук (боридах, фосфідах) і фаз Гейслера.
Практичне значення одержаних результатів.
- результати досліджень впливу діамагнітного заміщення іонів заліза в ферит-гранатових епітаксійних плівках можуть бути використані при розробці феримагнітних функціональних матеріалів із прогнозованими властивостями;
- вирощені нами епітаксійні плівки заміщених ферит-гранатів знайшли використання при проектуванні та виготовленні функціональних НВЧ - пристроїв в НДРТІ, м. Львів;
- створений ЯГР спектрометр на базі багатоканального аналізатора імпульсів NTA-1024 було впроваджено на НВП “Карат”, м.Львів.
Практичне використання результатів дисертації підтверджено актами впровадження.
Особистий внесок здобувача в отриманні наукових результатів, викладених в дисертаційній роботі, полягає в аналізі літератури по темі дисертації, проведенні вимірювань ЯГР спектрів феримагнітних плівок [2,5], поверхневих шарів сплавів [6,19,20], феритів [1,7,9,18], інтерметалідів [4,13,14], а також у виборі моделей обробки та участі в інтерпретації ЯГР спектрів, участі в дослідженнях умов вирощування, структури та магнітних параметрів епітаксійних плівок ферит-гранатів [11,12, 15,21,21], ферит-шпінелі нікелю [2,5] і аналізі отриманих експериментальних результатів. В роботах [8,10] здобувачем проведено планування досліджень та магнітні вимірювання, а в [16,17] обгрунтовано вибір складів розчинника та гранатоутворюючих оксидів, проведено вимірювання дефектності та магнітних параметрів плівок. Здобувачем розроблена принципова схема та проведені випробовування експериментального макета генератора опорного сигналу [3].
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи були представлені та обговорені на: Всесоюзних нарадах з ядерно-спектроскопічних досліджень надтонких взаємодій (Москва, 1985; Грозний, 1987; Алма-Ата, 1989); 5-th International Conference on Nuclear Spectroscopic Investigations of Hyperefine Interactions (Dubna, 1993); II Всесоюзній школі-семінарі “Спинволновая электроника СВЧ” (Ашхабад, 1985); Регіональній конференції “Спинволновые явления электроники СВЧ” (Краснодар,1987); XI-XIII-Всесоюзних школах-семінарах “Новые магнитные материалы микроэлектроники” (Ташкент, 1988; Новгород, 1990; Астрахань,1992; Москва, 2000); Всесоюзній конференції з прикладної мьосбауерівської спектроскопії “Волга” (Москва, 1988); European Magnetic Materials and Application Conferenсe EMMA’(Kosice, 1993); VIII-th International Conference on Hyperfine Interаctions (Prague, 1989); International Conference on Application of Mössbauer Effect (Budapest, 1989); Ukrainian-France Symposium “Condensed Material Science&Industry" (Lviv, 1993); First International Conference on Enginееring and Functional Materials, (Lviv, 1993); International Conference on Magnetism (Warsaw, 1994); The European Conference “Physics of Magnetism 96” (Poznan, 1996); Soft Magnetic Materials Conference SMM’, SMM’14 (Krakow,1995; Budapest, 1999); 2-nd International Symposium on “Microelectronics Technologies and Microsystems” (Lviv, 1998); V-, VII- Між-народних конференціях по фізиці і технології тонких плівок (Івано-Франківськ, 1995, 1997); IX National Conference on Crystal Growth (Moscow, 2000).
Публікації. Результати дисертаційної роботи відображено у 21 наукових працях, в тому числі у 15 статтях, у 2 поданих заявках на видачу патентів України на винахід та 4 матеріалах конференцій.
Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний об’єм дисертації становить 138 сторінки друкованого тексту, ілюстрованого 46 рисунками та 17 таблицями. Список використаних джерел містить 125 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі до дисертації визначено актуальність теми, проаналізовано її сучасний стан, сформульовано мету і завдання досліджень, обгрунтовано наукову новизну і практичну цінність одержаних результатів, подано інформацію про апробацію та публікації результатів роботи, а також визначено особистий внесок здобувача в процесі виконання роботи.
Перший розділ містить огляд наукової літератури, в якому коротко представлені кристалохімічні і магнітні властивості феримагнетиків зі структурами гранату та шпінелі. Проана-лізовано переваги та недоліки сучасних моделей їх магнітного упорядкування, в основі яких лежать “надобмінні взаємодії”, що здійснюються між магнітними катіонами через іони кисню.
Показано, що діамагнітне заміщення іонів заліза в кристалічній структурі феримагнетиків приводить до зміни їх магнітних властивостей.
Далі в цьому розділі визначені вимоги до середовищ, в яких практично може бути використано розповсюдження МСХ. Найбільш придатними для цієї цілі залишаються монокристалічні плівки ЗІГ. Пошук нових плівкових компонентів НВЧ - пристроїв тісно пов’язаний з монокристалічними плівками гексаферитів, ферит-шпінелей та багатошаровими магнітними структура-ми. Відмічається, що найбільш освоєною технологією вирощування монокристалічних плівок ферит-гранатів залишається метод РФЕ. Технологія вирощування плівок інших структур методом РФЕ на даний момент є на стадії вивчення. Оскільки метод РФЕ в роботі був базовим для вирощування монокристалічних плівок феритів, то в цьому ж розділі коротко розглянуто кінетичні процеси, які відбуваються при РФЕ ферит-гранатових плівок.
Завершується розділ розглядом основних параметрів ЯГР спектрів. Показано, що використання методу ЯГР дає важливу інформацію про структурно-фазовий стан, значення ефективних магнітних полів (Неф) на ядрах атомів, локальні спотворення кристалічної решітки, характер хімічних зв’язків, яка необхідна для глибокого розуміння структурно-хімічної природи магнітновпорядковуючих взаємодій як в оксидних, так і в металічних системах.
У кінці розділу зроблено узагальнення.
У другому розділі розглянуто особливості методики РФЕ стосовно вирощування моно-кристалічних плівок ферит-гранатів, представлено результати розробки способів зменшення дефектності епітаксійних плівок ферит-гранатів з ЦМД, описується методика синтезу монокрис-талічних плівок ферит-шпінелей методом хімічних транспортних реакцій (ХТР) в малій щілині, коротко наведено характеристики методів дослідження магнітних та структурних параметрів об’єктів досліджень, викладено результати по вдосконаленню методики ЯГР.
Монокристалічні плівки ферит-гранатів вирощували методом ізотермічної РФЕ з розчину-розплаву гранатоутворюючих оксидів та розчинника на підкладках діаметром до 76,2 мм із галій-гадолінієвого гранату (ГГГ) орієнтації (111). Склад розчину-розплаву, до складу якого входили гранатоутворюючі оксиди та розчинник, задавали коефіцієнтами Бланка-Нільсена (R…R). Наведені коефіцієнти дозволяють ефективно змінювати температуру насичення (Тн) розчину-розплаву, яка була завжди на 10…30 К вищою від температури росту (Тр) плівок.
В процесі вирощування епітаксійних плівок контролювали такі параметри росту: ступінь переохолодження розчину-розплаву (Т), швидкість росту плівки (Vp), швидкість обертання під-кладки () та температуру росту. Для поліпшення однорідності магнітних параметрів плівок по їх площі застосовували примусове перемішування розчину-розплаву. Значна увага приділялась наяв-ності досконалої та хімічно чистої поверхні підкладок, що має суттєве значення при отриманні епітаксійних плівок високої якості.
При вирощуванні епітаксійних плівок ЗІГ, Sc- та Ga- заміщеного ЗІГ, багатошарових ферит-гранатових структур як розчинник використовували суміш оксидів PbO та BO. Вирощу-вання ферит-гранатових плівок із багатокомпонентним заміщенням, які містять іони вісмуту, проводили з розчину-розплаву на основі розчинника, до складу якого входили оксиди MoO, BiOі PbO. Використання такого розчинника дозволило зменшити Тн до 1073…1214 К та Vp до 0,1…0,62 мкм/хв. Установлено склади (% мол.) розчину-розплаву, які відповідають вказаним значенням Тн та забезпечують відтворюванність магнітних параметрів епітаксійних плівок складу (Y,Sm,Bi,Ca)(Fe,Ge,Si)Oз діаметром ЦМД 0,84…3,0 мкм. Показано, що густина дефектів ферит-гранатових плівок з ЦМД, для вирощування яких використовували розчинник з оксидів MoO, BiO і PbO, змінюється в межах 1,02…1,74 см-2 та залежить від молярних співвідношень оксидів в розчиннику.
Монокристалічні плівки ферит-шпінелі нікелю вирощували на пластинах з MgO орієнтації (100) методом ХТР, використовуючи створену нами ростову установку. Вихідним матеріалом для росту плівок служили таблетки фериту NiFeO. Нарощування плівок проводили при температурах випарника Т=993…1273 К та тиску газу-носія HCl р=(2,6…4,2)10 Па. При цьому різниця температур між випарником та підкладкою складала 45…50 К.
Основні магнітні параметри епітаксійних плівок та їх температурні залежності визначали: на вібромагнітометрі типу М-155 - намагніченість насичення, а ширину лінії (Н) феромагнітного резонансу (ФМР) - на ФМР спектрометрі із закороченим хвилеводом. Відносна похибка вимірю-вання цих параметрів не перевищувала: для Н - 9%, 4Ms - 6%. Товщину плівок ЗІГ встановлю-вали інтерференційним методом на спектрофотометрі типу UR-20.
Контроль фазового складу та визначення структурних параметрів досліджуваних об’єктів проводили на рентгенівському дифрактометрі ДРОН-2,0. Додатково визначався хімічний склад епітаксійних ферит-гранатових плівок методом рентгенівського мікроаналізу на аналізаторі “Cоmebax”. Аналіз проводився для залі-за та галію по К-, а для ітрію та лантану - по L- лініям.
Для вимірювання ЯГР спектрів було створено ЯГР спектрометр на базі багатоканального аналізатора імпульсів NTA-1024, який працював в режимі постійних прискорень. Режим постійних швидкостей забезпечував спектрометр ЯГРС-4М. Для переміщення джерела гамма-квантів розроблено генератор опорного сигналу, робота якого узгоджена з роботою аналізатора імпульсів. Це дозволило забезпечити лінійність швидкості переміщення джерела гамма-квантів не нижчу ніж 0,02 мм/с. Реєстрацію гамма-квантів здійснювали фотоелектронним помножувачем з кристалом NaJ(Tl) товщиною 0,4 мм та резонансними детекторами для Fe та Sn. Для отримання мьосбауерівських спектрів конверсійних електронів (МСКЕ) зі зразків товщиною до 15 мм розроблено газопроточний пропорційний лічильник електронів. Під час проведення ЯГР вимірювань джерело гамма-квантів Co(Pd,Cr) та BamSnO знаходилось при Т=295 К, а темпе-ратура досліджуваних зразків становила 80...900 К.
В кінці розділу коротко описано математичний метод обробки експериментальних ЯГР спектрів.
Третій розділ присвячений дослідженню концентраційних та температурних залежностей магнітних параметрів, структури епітаксійних плівок Sc- і Ga- заміщеного ЗІГ, багатошарових епітаксійних ферит-гранатових структур у взаємозв'язку з умовами їх вирощування. В цьому ж розділі наведені результати досліджень надтонких взаємодій в Sc-заміщеному ЗІГ.
Для одержання ферит-гранатових плівок з намагніченістю насичення вищою ніж у чистого ЗІГ, для якого 4Ms=1750 Гс, проводили часткове заміщення іонів Fe+ іонами Sc+, так як вони володіють перевагою до заміщення іонів Fe+ в октаедричній (а) підрешітці ферит-гранату. Розрахунок концентраційної залежності 4Ms для ферит-гранату YFe-xScxOпоказав, що максимальному значенню 4Ms=2030 Гс відповідає х=0,55. Установлено, що значення 4Ms для плівок зростало з 1750 Гс до 1875 Гс для 0,0х0,18. Подальший вміст іонів Sc+ у плівці приводив до зменшення параметру 4Ms, що пов’язуємо із входженням частини іонів Sc+ у тетраедричну (d) підрешітку. Установлено, що при заміщенні іонів Fe+ іонами Sc+ морфологія поверхні плівок за рахунок зростання неузгодженості а погіршується. Для збереження якості плівок у шихту вводили оксид LaO. Іони La+, володіючи більшим іонним радіусом, ніж іони Y+, заміщають їх частково в додекаедричній (с) підрешітці ферит-гранату. Крім того, через відсутність в іонів La+ орбітального і спінового моментів, вони не дають внесок у розширення лінії ФМР. Входження іонів Sc+ в кількості 4,5...6,0 % ат., що має місце при R=30; 50R150; R=15,6; R=0,138; R=YO/LaO=15 та Т=16,8 К, дає значення 4Мs=1900...2100 Гс, яке перевищує розрахункові, та Н=0,65…0,75 Е. Досягнення в La,Sc:ЗІГ плівках значення 4Мs, більшого ніж в Sc:ЗІГ плівках, ми пов'язуємо з тим, що відносно великі іони Sc+ (r=0,745 Å) не можуть заповнювати тетраедричну підрешітку, яка деформується з боку сусідніх додекаедричних великих іонів лантану, і майже всі займають октаедричну підрешітку ферит-гранату.
Установлено, що для плівок La,Sc:ЗІГ діаметром 76,2 мм та товщиною h=20 мкм неоднорідність по товщині не перевищує 6...8 %, по ширині лінії ФМР - 9...12 %, по намагніченості насичення - 2...4%. Зроблено висновок, що заміщення частини іонів ітрію в плівках YFe-xScxO на іони лантану поліпшує морфологію поверхні, приводить до збільшення параметру 4Мs і зменшення Н лінії ФМР.
Для одержання ферит-гранатових плівок з 4Мs 1750 Гс проводили заміщення іонів Fe+ іонами Ga+, які мають перевагу до зайняття тетраедричних положень у їх кристалічній структурі. Плівки YFe5-xGaxO (0,0x0,60) вирощували на підкладках з ГГГ орієнтації (111). Склад шихти задавали коефіцієнтами R…R, які мали значення: R=13,0; R=16,5…587,0; R=15,5; R=0,085. Значення коефіцієнтів вибирали з міркувань стабільності гранатової фази для складів з різним вмістом іонів Ga+. Установлено, що коли розрахунок складу шихти вести з використанням значення коефіцієнту розподілу галію KGa=2,2, яке відоме з літератури, то вміст іонів Ga+ в плівках складу YFe-xGaxO (0,0x0,60) по даних рентгенівського мікроаналізу відрізняється від розрахункових. Як показали наші дослідження, при малих заміщеннях (х0,3) реальні значення KGa знаходяться в межах 3,39…2,23. Установлено, що склад плівок залежить від швидкості їх росту, яка в свою чергу залежить від Т.
На рис. 1 представлено залежності параметрів 4Мs, H, Vp від Т для епітаксійної плівки складу YFe,9Ga,1O. Зростання параметру 4Мs ми пов’язуємо зі зменшенням коефіцієнту KGa, що в результаті приводить до зменшення в плівках кількості іонів Ga+, які потрапляють у d-.
підрешітку фериту. Проведені дослідження температурних залежностей параметрів 4Мs і На плівок YFe-xGaxO (0,0x0,60) в інтервалі 213...345 К показали, що температурні зміни цих параметрів взаємно компенсуються, що приводить до підвищення температурної стабільності резонансного поля.
Товщини вирощених плівок YFe-xGaxOз х0,3 знаходились у межах 1,0...10,0 мкм. Установлено, що при х0,6 плівки товщиною h5,0 мкм не ростуть, внаслідок великих напружень, які виникають у них. Pентгеноструктурні вимірювання показали, що зі збільшенням х від 0,1 до 1,0 неузгодженість а зростає від 0,0086Å до 0,0206Å. Для отримання плівок з h 5,0 мкм у розчин-розплав, як і у випадку для монокристалічних плівок Sc-заміщеного ЗІГ, вводили оксид LaO. При значеннях коефіцієнтів R=29 і 21, та співвідношенні R=6 були отримані якісні плівки складу Y-yLayFe-xGaxO (0,25 x 0,4; 0,06 y 0,19) з h 16 мкм, для яких 4Мs=1000...1200 Гс. Для плівок цих складів установлено, що швидкість їх росту лінійно, з нахилом 0,025 мкм/хв/К, зростає при зміні Т від 0 до 30 К. Залежність 4Мs=f(Vp)також має лінійний характер. При зростанні Vp неузгодженість а зменшується, а при Vp=0,63 мкм/хв а=0,0.
Далі обговорюються результати вирощування та магнітні властивості шаруватих монокристалічних структур ферит-гранатів. Вирощували трьохшарові структури з плівок ЗІГ загальною товщиною до 102 мкм із розчину-розплаву такого складу (в % мол.): PbO - 86,46; BO- 5,54; FeO - 7,37; YO- 0,63. Плівкові структури отримували поетапно. На кожному з етапів нарощували шар ЗІГ, у якому, за рахунок зміни умов росту, ступінь заміщення ітрію свинцем, який поступав з розчину розплаву, була іншою. Це приводило до того, що в кожному з шарів параметр кристалічної решітки змінювався. Вирощування товстих структур ЗІГ стало можливим завдяки перерозподілу напружень по товщині всієї структури за рахунок повільного збільшення параметра кристалічної решітки кожного наступного шару.
Були вирощені також двошарові плівки з різним значенням 4Мs. Спочатку на підкладку з ГГГ нарощували плівки складу {Y,Sm,Lu}(Fe,Ga)O, які володіють ЦМД. Товщина монокрис-талічного шару складала 5…6 мкм. На нього нарощували монокристалічні шари ЗІГ товщиною до 70 мкм. Установлено, що магнітні властивості плівок з ЦМД не впливають на ширину лінії ФМР плівок ЗІГ. Оскільки значення 4Мs для плівок ЗІГ є значно вищим, ніж для плівок з ЦМД (4Мs=200 Гс), їх резонансні частоти сильно відрізняються, що є позитивним фактором для практичного використання таких структур.
Дослідження методом інтерференції магнітостатичних хвиль монокристалічних ферит-гранатових структур ГГГ/ЗІГ, ГГГ/La,Ga:ЗІГ, ГГГ/ЗІГ/La,Ga:ЗІГ із шарами ЗІГ (h=10 мкм) та La,Ga:ЗІГ (4Мs =1400 Гс, h=7,0 мкм) показали, що для кожної із структур спостерігається характерна для неї інтерференція МСХ. Для структури ГГГ/ЗІГ/La,Ga:ЗІГ інтерференція характеризується чітким частотним розмежуванням у шарах (рис.2). Вищі частоти (рис.2) відповідають інтерференції магнітостатичних хвиль в монокристалічному шарі ЗІГ.
Спотворення інтерференційної картини в центральній частині рис.2 пояснюється наявністю перехідного шару між плівками. Установлено, що втрати на розповсюдження МСХ залежать від довжини хвилі і є найбільшими в структурі ГГГ/ЗІГ/La,Ga:ЗІГ.
В кінці розділу наведені результати Fe ЯГР досліджень ферит-гранатів складу YFe-xScxO (x=0,5 та 1,0) при Т=80 та 295 К. Було виявлено магнітнонееквівалентні положення тетраедричних та октаедричних іонів Fe+. Магнітна нееквівалентність тетраедричних іонів зумовлена статистичним розподілом іонів Fe+(a) та Sc+ (a) в найближчому оточенні іонів Fe+ (d). В цій же системі ферит-гранатів спостерігалась передача розупорядковуючого впливу діамагнітної домішки (Sc) на магнітні іони своєї ж (в даному випадку "а") підрешітки через магнітні іони іншої (d) підрешітки. Цей "зворотній зв'язок" приводить до виникнення магнітної нееквівалентності октаедричних іонів Fe+, що проявляється у розширенні резонансних ліній ЯГР спектру, які відповідають іонам Fe+(а).
У четвертому розділі викладено результати досліджень надтонких взаємодій в епітак-сійних плівках ферит-шпінелі нікелю у взаємозв'язку з технологічними умовами їх вирощування, в основних фазах поверхневих шарів конструкційних сплавів, які пройшли термічну обробку.
Установлено, що Fe ЯГР спектри монокристалічних плівок ферит-шпінелі нікелю, вирощених методом ХТР на пластинах з MgO орієнтації (100), мають складну форму. Аналіз ЯГР спектру плівки товщиною h=32,4 мкм, вирощеної при температурах випарника і підкладки 1033 і 983 К відповідно і Vp=24 мкм/хв, показав, що він як мінімум, складається з трьох зеєманівських секстиплетів. Визначено, що цим секстиплетам відповідають значення Неф на ядрах Fe, відповідно, 5075, 4925 і 4595 кЕ. Це дозволяє стверджувати, що феритова плівка не відповідає формулі NiFeO. Неф= 4595 кЕ ми відносимо до Неф на ядрах Fe в магнетиті FeO. Щодо двох інших значень Неф=5075 і 4925 кЕ, - то вони близькі до Неф в фериті NiFeO. Отже, при даних технологічних умовах ростуть плівки, які є твердим розчином фериту нікелю і магнетиту. Зроблено висновок про наявність швидкого електронного обміну між октаедричними іонами Fe+ та Fe+, як це має місце в магнетиті FeO. Згідно оцінок, проведених із ЯГР спектрів, намагніченості плівок направлені під кутом 41...45 до площини підкладки.
Задаючи температуру підкладки Т=1193...1245 К (при температурі випарника Т=1293 К) і зменшивши Vp плівок, ми виключили появу іонів Fe+ в плівках.
Установлено, що дифузія катіонів Mg+ через межу “плівка-підкладка” в основному проходить у процесі термообробки плівки, оскільки термообробка є набагато довготривалішою, ніж час нарощування феритової плівки, і проводиться при більш високій температурі.
Дослідження плівок ферит-шпінелі нікелю, вирощених методом РФЕ на підкладках з MgO орієнтації (100) та (111), показали, що структура їх Fe ЯГР спектрів аналогічна спектрам фериту NiFeO. Це дозволяє стверджувати, що плівки, які вирощені методом ФРЕ, відповідають складу цього фериту. Згідно з даними рентгеноструктурних досліджень, їх параметри кристалічної решітки лежать в межах 8,33...8,35 Ǻ, що є характерним для ферит-шпінелі нікелю. Виявлене зростання Hеф на ядрах іонів Fe+ в а- та d-позиціях кристалічної структури плівок пояснюється тим, що чим вища Тр плівок, тим менше упровадження в плівку немагнітних іонів свинцю та платини, які розривають обмінні зв’язки, і, будучи великими, деформують кристалічну решітку.
Далі викладено результати Fe ЯГР та рентгеноструктурних досліджень окалини, яка сформувалась на поверхні сплаву Fe з 20 % мас. Al та 0,1% С при його термічній обробці на повітрі при Т=1473 К протягом 200 годин свідчать, що до її складу входять оксиди -FeO+Fe-xAlxO+Al-xFexOта шпінель FeAlO. Виявлено, що ЯГР спектри цієї окалини є накладанням зеєманівського розщеплення та двох квадрупольних дублетів. Показано, що магнітна надтонка структура спектру обумовлена наявністю магнітновпорядкованих фаз - -FeO та фериту Fe-хAlxO з 0,0х0,35. Установлено, що один дублет з =0,600,05 мм/с відповідає твердому розчину Аl-хFexO, а інший - шпінелі FeAlO4. Спектри оксидної плівки сплаву Fe з 20% Al та 0,5% С також свідчать про присутність в її складі магнітновпорядкованих фаз -FeOта Fe-xAlxO. Із зміни інтенсивностей ліній спектрів установлено, що в окалині на сплаві з 0,5% С в 2…3 рази більше залізомістких немагнітних оксидних фаз. Зроблено висновок, що таке збільшення відбувається за рахунок збагачення немагнітних фаз алюмінієм.
Аналіз Fe МСКЕ спектрів зразків сплаву 38ХН3МФА, які пройшли термічну обробку при різних температурах, показав, що до складу поверхневого шару входять такі фази: -Fe, дві фази легованого фериту, твердий розчин цементиту (Fe,Cr,Mo,V)C та аустеніт -Fe. Установлено, що твердий розчин цементиту знаходиться у сплаві, який не пройшов термічну обробку, в кількості 6…10%. Із співставлення параметрів спектрів установлено, що термічна обробка сплаву при Т=1373 К (4 год.) приводить до виділення легуючих елементів цементиту та їх розчинення у фериті, а гартування сталі при Т=1123 К (0,5 год.) і відпуск при Т=853 К (1,5 год.) приводять до перетворення аустеніту в легований ферит. Розширений характер резонансних ліній в спектрах МСКЕ сплаву, на наш погляд, свідчить про присутність у кожній фазі сплаву кластерів з різним вмістом легуючих елементів, а відпал сплаву при Т=1473 К приводить до завершення процесу перебудови кластерів і зростанню однорідності сплаву. Зміна інтенсивностей 2-ої та 5-ої ліній у спектрі свідчить про виникнення в поверхневих шарах сплаву магнітної площинної текстури.
В цьому розділі також наведені результати досліджень Fe МСКЕ зразків сплаву 38ХМЮА після газового азотування при Т=1100 К протягом 40 годин. Спектр апроксимували одною розширеною резонансною лінією з =0,173 мм/с відносно -Fe. Розширення лінії (Г/2=0,56 мм/с) ми пов’язуємо з невеликим квадрупольним розщепленням. Очевидно, що спектр відповідає немагнітному нітриду залі-за або твердому розчину азоту в сплаві. Якщо врахувати, що атомний радіус азоту близький до 0,7 Å, а в заліза він перевищує 1,2 Å, то упровадження азоту в кристалічну решітку сплаву не викликає її помітних спотворень, що підтверджується незначним квадрупольним розщепленням, яке приводить лише до розширення резонансної лінії. Аналізуючи спектри МСКЕ, які отримані після усунення зі сплаву шару товщиною 0,05; 0,15; 0,35 мм, не-обхідно відмітити, що упровадженої кіль-кості азоту недостатньо для порушення магнітного упорядкування сплаву на таких відстанях від його поверхні.
Завершується розділ викладенням результатів досліджень магнітних властивостей твердого розчину ферит-шпінелей нікелю та міді. Представлений розрахунок значень інтегралів обмінних взаємодій між тетраедричними (Аn) іонами Fe+, які знаходяться в магнітнонееквівалентних положеннях у цьому фериті. Розрахунок базується на використанні температурних залежностей Неф на ядрах Fe тетраедричної та октаедричної (В) підрешіток фериту та теорії молекулярного поля.
У п'ятому розділі роботи представлені результати впливу дефектів кристалічної структури та атомних заміщень на надтонкі взаємодії в потрійних інтерметалічних сполуках та твердих розчинах.
. TiCo-xSn (х=0,0; 0,3; 0,6; 1,0). В Sn ЯГР спектрах TiCo-xSn вказаних складів при Т=295 і 80 К спостерігається зеєманівське розщеплення для фази TiCoSn при Т=295 і 80 К, а для складів з х=0,3...1,0 лише при Т=80 К. Виявлено підвищення Неф для складу з х=0,6 порівняно з х=0,3. Зростання Неф узгоджується з найбільшим значенням ефективного магнітного моменту на атом Со при 0,3х1,0. Установлено, що всі атоми олова Sn для складів з х=0,0 і 0,3 знаходяться в однакових кристалографічних положеннях і мають близькі значення ізомерного зсуву =1,5 0,3 мм/с. У сплавах з х=0,6 і 1,0 появляється ще один гатунок атомів олова Sn, які займають тетраедричні вакансії.
В сплавах TiCo-xSn магнітним моментом володіють тільки атоми Со. Якщо прийняти до уваги, що найближчі відстані між атомами Со в TiCo-xSn (3,00Å) перевищують Со-Со в металевому Со (2,51Å), то магнітне упорядкування в сплавах TiCo-xSn, пояснюється непрямими обмінними взаємодіями, які здійснюються через електрони провідності і приводять до появи Неф на ядрах Sn.
2. RFeB (R=Ce, Sm, Tb, Yb. В цих сполуках рідкісноземельні атоми характеризуються координаційними числами (КЧ) 14,15,16. Для атомів заліза КЧ=14. Fe ЯГР спектри сполук RFeB при Т=80 К і 295 К та їх розклад показують, що спектри CeFeB, SmFeB, TbFeB при T=295 і T=80 K складаються з двох квадрупольних дублетів і однієї монолінії. Спектр YbFeB при тій самій температурі характеризується накладанням трьох зеєманівських секстиплетів. Складна структура ЯГР спектрів вказує на розподіл атомів Fe в сполуках RFeB. по кристало-графічним позиціям, для яких КЧ=14 та 15.
3. RFeP (R=Mo, Re) . Рентгеноструктурні вимірювання показали, що у МоFeP атоми Fe розташовані в тетраедрах з атомів Р. При розрахунку структури ReFeP було установлено, що краще значення фактору розбіжності (R=0,16) одержано при повністю упорядкованому розподілі атомів, а статистичному R=0,20. Для обох способів розподілу значення R є достатньо високим, тому неможливо було зробити однозначний висновок про розподіл атомів металів на основі даних рентгеноструктурного аналізу. Проведені 57Fe ЯГР вимірювання показали, що атоми Re та Fe роз-поділяються статистично по пірамідальним та тетраедричними положеннях, утвореними атомами фосфору.
Основні результати та висновки. На основі проведених експериментальних досліджень та теоретичних узагальнень впливу хімічних заміщень та технологічних умов одержання на магнітні властивості, структуру феримагнітних плівок, поверхневих шарів залізомістких сплавів для розробки нових та поліпшення фізико-хімічних властивостей відомих функціональних та конструкційних матеріалів отримано такі результати:
. Упровадження іонів La+ в додекаедричні положення плівок Sc:ЗІГ і Ga:ЗІГ дозволяє підвищити їх товщини без суттєвого зростання ширини лінії ФМР (Н0,7 Е). за рахунок зменшення неузгодженості між параметрами кристалічної решітки плівки і підкладки. При упровадженні в плівки Sc:ЗІГ іонів La+, іони Sc+ при заміщеннях х=0,35…0,50 поступають в октаедричні положення, що дозволяє одержувати для таких плівок значення 4Ms=1900…2100 Гc, завдяки примусовому заповненню іонами Sc+ октаедричних положень в кристалічній структурі плівок.
. Розроблено нові склади шихти, запропоновано розчинник та оптимізовано співвід-ношення оксидів PbO, BiOта MoO у ньому для вирощування епітаксійних плівок ферит-гранатів з ЦМД діаметром 0,85…3,0 мкм з підвищеним значенням поля одноосної магнітної анізотропії та температури Кюрі, а також пониженою густиною дефектів 1,74 см-2.
3. Показано, що регульована зміна параметрів росту і складу створює можливість вирощування епітаксійних багатошарових ферит-гранатових структур на основі ЗІГ з відмінними в шарах параметрами кристалічної решітки, і магнітними властивостями. Установлено, що у структурі ГГГ/ЗІГ/La,Ga:ЗІГ створюються умови для частотного розмежування магнітостатичних хвиль.
. Установлено, що магнітна надтонка структура Fe ЯГР спектрів епітаксійних плівок ферит-шпінелі нікелю є чутлива до ступеня переохолодження розчину-розплаву, що пов'язано з входженням в плівки великих немагнітних іонів свинцю та платини, які розривають обмінні зв'язки та деформують кристалічну решітку плівки.
. У ферит-гранатових плівках складу YFe-xGaxO (0,0x0,60) вміст іонів Ga+ відрізняється від розрахункових значень, що викликано залежністю коефіцієнта розподілу іонів Ga+ в плівці від їх вмісту в шихті та температур-них режимів росту. Установлено, що найбільша розбіжність між розрахунковим значенням коефіцієнту розподілу іонів Ga+ в плівці та одер-жаними спостерігається для х0,3.
6. Виявлено магнітнонееквівалентні положення іонів Fe+ в тетраедричній підрешітці феритів зі структурою гранату та шпінелі при діамагнітному заміщені іонів Fe+ в октаедричній підрешітці, що проявляється в появі додаткових ліній в структурі Fe ЯГР спектрів. Магнітна нееквівалентність для октаедричних іонів Fe3+ спостерігається для ферит-гранату YFe-xScxO (x=0,5 та 1,0), що зумовлено неколеніарністю магнітних моментів заліза в найближчому d- оточені. З температурних залежностей Неф на ядрах іонів Fe+ в А- та В-підрешітках у твердому розчині ферит-шпінелей нікелю та міді в наближені теорії молекулярного поля визначено інтеграли обмінних взаємодій для магнітнонееквівалентних іонів Fe+ А- підрешітки.
. Виявлені особливості у формуванні надтонкої структури Fe ЯГР спектрів окалини, яка утворилась на поверхні сплавів Fe-Al легованих C та Cr , після їх термічного окислення. Установлено, що до складу окалини (окислення при Т=1447 К протягом 200 годин в атмосфері повітря) входять оксиди та ферит, а захисні властивості окалини залежать від збагачення оксидних фаз алюмінієм.
. Дослідження структурно-фазового стану поверхневих шарів сплаву 38ХН3МФА , який був підданий різним режимам термічної обробки, показали:
- до складу поверхневого шару, який не пройшов термічну обробку, входять дві фази легованого фериту, легований цементит, аустеніт та -Fe. Термообробка при Т=1373 К (4 год.) приводить до виділення легуючих елементів цементиту та їх розчинення у фериті, при цьому зростає доля аустеніту;
- відпал сплаву при Т=1473 К (0,5 год.) приводить до завершення процесу перебудови кластерів з різним вмістом легуючих елементів та зростання однорідності зразків по складу;
- після відпалу при Т=1073…1273 К (0,5…2,0 год.) та охолодження у воді, у складі сплаву фаза аустеніту відсутня, виникає площинна текстура, яка має більш виражений характер при підвищені температури відпалу сплаву.
. В поверхневому шарі товщиною до 310Å сплаву 38ХМЮА, який був підданий газовому азотуванню при Т=800К (40 год.) відсутнє магнітне упорядкування, що викликано утворенням в цьому шарі немагнітного нітриду заліза та твердого розчину азоту в сплаві.
. Установлено, що в твердих розчинах TiCo-xSn (х=0,0; 0,3; 0,6; 1,0) магнітне упоряд-кування зумовлене непрямими обмінними взаємодіями через електрони провідності. Атоми Sn займають тетраедричні положення, які утворені атомами Со та частково статистично розподілені по тетраедричним вакансіям.
ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ РОБОТИ
1.С.А. Юрьев, Ю.Г.Юскевич, С.И.Ющук. О корреляции между некоторыми магнитными и структурными параметрами ферритов состава 0,8NiFeO(0,2-x)CuFeOxBiFeO// Вестник Львовского политехнического института “Теория и проектирование полупроводниковых и радиоэлектронных устройств и систем. - 1980. - №142. - С. 97-101.
2. С.И.Ющук, С.А.Юрьев, Ю.Г.Юскевич, М.А.Емчик, Е.А.Нечай, И.М. Сыворотка, А.А. Хома. Исследование методом ЯГР влияния условий синтеза и термообработки на эпитаксиальные пленки никелевого феррита // Физическая электроника. Изд. Львов. ун-та “Выща школа” - 1984. - вып.28. - С. 52-56.
3. Юрьев С.А., Ющук С.И., Хомяк Г.Е. Цифровой генератор опорного сигнала для ядерного гамма-резонансного спектрометра на базе многоканального анализатора импульсов NTA-1024 // Приборы и техника эксперимента. - 1986. -№1. - С. 104-106.
. Ющук С.И., Юрьев С.А., Бркайло И.И., Кузьма Ю.Б., Орищин С.В. Мессбауровские и рентгеноструктурне исследования фосфидов железа // Кристаллография. -1988. - Т.33. - вп.4. - С. 888-890.
. Ющук С.И., Юрьев С.А., Шевчук П.И., Костюк П.С., Хомин С.И. Использование мессбауэ-ровской спектроскопии для контроля параметров эпитаксиальных пленок никелевого феррита // Неорганические материалы. - 1989. - Т.25. №1. - С. 119-123.
. Рыльников Б.С., Любецкая Л.В., Ющук С.И., Юрьев С.А. Электронное состояние атомов железа в окалине на сплавах Fe-Al // Защита металлов. -1989. - Т.XXV. - №2. - С. 250-255.
. Ющук С.И., Юрьев С.А., Давыденко А.Г., Беленький Л.Е. Эффект Мессбауэра на ядрах Sn и Fe в твердом растворе 1,0FeO0,05SnO // Неорганические материалы. - 1990. - Т.26. - №2. - С. 312-317.
. А.Н.Кондирь, А.С.Борисюк, С.А.Юрьев. Температурная зависимость намагниченности насыщения при внутрифазовом распаде в сплавах системы Fe-Cr // Физика металлов и металло-ведение. - 1990. - №1. - С.131-137.
9. Ющук С.І., Юр’єв С.О., Беленький Л.Є., Корабель В.В. Локальні магнітні по-ля на ядрах Fe в Li-Ti- феритах // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв”. - 1994. - №280. - С.69-74.
. С.І. Ющук, С.О. Юр’єв, П.С. Костюк. Деякі особливості вирощування плівок залізо-ітрієвого гранату з однорідними магнітними властивостями // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв”. -1995. - №289. - С. 90-94.
. С.І. Ющук, С.О. Юр’єв, П.С. Костюк. Вирощування і властивості монокристалічних плівок залізо-ітрієвого гранату з малими магнітними втратами // Вісник ДУ “Львівська пoлітехніка” “Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв”. -1996. - №302. - С. 122 -125.
. С.И.Ющук, С.А.Юрьев, П.С.Костюк. Выращивание и свойства монокристаллических пленок (Y,Sc)FeO // Неорганические материалы. - 1997. - Т.33. - №7. - С. 881-883.
13. S.O.Yuryev, S.I.Yushchuk, Yu.B.Ku’zma, I.E. Lopatynsky. Fe Mssbauer spectroscopic investigation of structural details of some ternary borides // Journal of Alloys and Compounds. - 1998. -№270. - P.16-20.
. С.О.Юр’єв, С.І.Ющук, Л.М.Ракобовчук, Р.В.Сколоздра. Магнітні поля на ядрах Sn в твердих розчинах TiCo-xSn (x=0,0…1,0) // Вісник НУ “Львівська політехніка” “Електроніка”. - 2000. - № 401. - С. 101-107.
15. С.О. Юр’єв, В.Й. Ніколайчук, С.І.Ющук, П.С.Костюк. Виготовлення і властивості шаруватих ферогранатових структур // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Елементи теорії та прилади твердотільної електроніки”. - 2000. - №393. - С. 37-40.
16. Рішення про видачу патенту України на винахід “Спосіб вирощування епітаксійних плівок ферит-гранатів з циліндричними магнітними доменами”. C.І. Ющук, П.І. Юрчишин, С.О. Юр’єв, С.С. Варшава. Заявка 98105486. МПК 6 Н 01 F 10/10, C 30 B 19/00. Заявл.20.10.1998 р.
. Рішення про видачу патенту України на винахід “Спосіб вирощування монокристалічних плівок ферит-гранатів методом рідинно-фазної епітаксії”. С.С. Варшава, С.О.Юр’єв, П.С.Юр-чишин, С.І. Ющук. Заявка 98115820. МПК С 30 В 19/02; 29/28. Заявл. 03.11.1998 р.
18. S.I. Yushchuk, S.A. Yuryev, Yu.G. Yuskevich, L.G. Voljenskaya. Magnetic Hyperfine Interaction of Fe in Y-Fe-Sc Garnets. Proc. VIII-th International Conference on Hyperfine Interactions. –Prague (Czechoslovakia). - 1989. - B4-79.
19. С.А.Юрьев, С.И.Ющук, Г.В.Архангельская, М.А.Новарчук. Влияние азотирования на мессбауэровские спектры стали 38ХМЮА // Тезисы докл. III Всесоюзного совещания по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий. - ч .IV. - Алма-Ата. - 1989. - С.24.
. Б.С.Рыльников, С.И.Ющук, С.А.Юрьев, Л.В.Любецкая. Исследование магнитного и струк-турного состояния поверхностных слоев конструкционной стали 38ХН3МФА методом ЯГР // Материалы III Всесоюзного совещания по ядерно-спектроскопическим исследованиям сверхтон-ких взаимодействий. –Москва: Изд-во Моск. ун-та.-1990. - С.144-148.
21. Stepan Yushchuk, Sergiy Yuryev, Valentina Nikolaychuk. The Growth and Properties of Monocrystaline YFe-xGaxO Garnet Film// Proc. on 2-nd International Symposium on Microelectronics Technologies and Microsystems. - Lviv (Ukraine). - 1998. - P. 40-44.
Анотація. Юр'єв С.О. Вплив діамагнітного заміщення на магнітні властивості ферим-агнітних плівок. –Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.18. –фізика і хімія поверхні. –Прикарпатський університет ім. В.Стефаника. Івано-Франківськ, 2001.
Дисертація присвячена установленню впливу діамагнітних заміщень та умов вирощування на магнітні властивості та структуру епітаксійних плівок залізо-ітрієвого гранату (ЗІГ). Визначена роль іонів La+ у формуванні їх магнітних параметрів. Показано, що регульована зміна складу та умов росту створює можливість вирощування епітаксійних багатошарових структур на основі ЗІГ із відмінними магнітними властивостями у шарах. Установлено та обгрунтовано відмінності в структурно-фазовому стані та магнітній структурі, що спостерігаються у поверхневих шарах конструкційних матеріалів на основі заліза і обумовлені характером їх термічної обробки. Досліджено вплив діамагнітних заміщень в октаедричній підрешітці на магнітні властивості та надтонкі взаємодії у феритах зі структурами гранату та шпінелі. Установлено зв'язок параметрів надтонких взаємодій із структурними особливостями нових інтерметалічних сполуках (бориди, фосфіди) та фаз Гейслера. Удосконалена методика ядерної гамма-резонансної спектроскопії.
Ключові слова: феримагнітні плівки, ядерний гамма-резонанс, рідинно-фазова епітаксія, сплави, ферит-шпінелі.
Summary. Yuryev S.O. Influence of diamagnetic substitution on magnetic properties of ferromagnetic films. –Manuscript.
The thesis for the Candidate Degree in Physics and Mathematics Speciality 01.04.18. –Physics and Chemistry of surface. Precarpathian University named after V. Stefanyk. Ivano-Frankivsk, 2001.
The thesis is devoted to the setting of the influence of diamagnetic substitutions and growing conditions on the magnetic properties and structure of yttrium-iron garnet epitaxial films. The role of La+ ionsin forming of their magnetic parameters is defined. It is shown that a regulable storage change and growth condition creates a possibility to grow epitaxial multilayer structures on YIG base with different magnetic properties in layers. It is set and substantiated the distinctions in structurally phase state and the magnetic structure that are observed in surface layers of constructions materials by iron base and conditioned by the character of their heat treatment. The influence of diamagnetic substitutions in octahedron sublattice on magnetic properties and hyperfine interactions in ferrites with the garnet and spinel structures was investigated. The parameters' connection of hyperfine interactions with structural peculiarities in new intermetalic compounds (borides, phosfides) and Heisler phases was put up. The method of nuclear gamma-resonance spectroscopy was improved.
Key words: ferromagnetic films, nuclear gamma-resonance, liquid phase epitaxy, alloys, ferrit-spinel.
Аннотация. Юръев С.О. Влияние диамагнитного замещения на магнитные свойства ферримагнитных пленок. Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.18. - физика и химия поверхности. Прикарпатський университет им. В.Стефаника. Ивано-Франковск, 2001.
Диссертация посвящена исследованию влияния диамагнитных замещений и условий выращивания на магнитные свойства и структуру эпитаксиальных пленок железо-иттриевого граната (ЖИГ). Для получения феррит гранатовых пленок с намагниченностю насыщения (4Ms) большей, чем 1750 Гс, проводили частичное замещение ионов Fe+ диамагнитными ионами Sc+. Установлено, что экспериментальное значение 4Ms для пленок росло с 1750 Гс до 1875 Гс для 0,0х0,18. При внедрении в эти пленки дополнительно ионов La+, значения 4Ms достигали 1900…2100 Гс при толщине пленок до 80 мкм и ширине линии (Н) ферромагнитного резонанса (ФМР) (Н0,7 Э).
Для получения феррит-гранатовых пленок с 4Ms1750 Гс проводили замещение ионов Fe+ ионами Ga+.Установлено, что в феррит-гранатовых пленках состава YFe-xGaxO(0,0х0,60) содержание ионов Ga+ отличается от расчетных значений, что вызвано зависимостью коэффициента распределения ионов Ga+ от их содержания в шихте и температурных режимов роста. Установлено, что наибольшее рассогласование экспериментального и расчетного коэффи-циентов распределения ионов Ga+ наблюдается для х0,3.
Толщины выращенных пленок YFe-xGaxOс х0,3 находились в границах 1,0...10,0 мкм. Показано, что при х0,6 пленки толщиной h5,0 мкм не растут через возникающие большие механические напряжения в пленках. Рентгеноструктурные измерения показали, что с увеличением х от 0,1 до 1,0, рассогласование параметра кристаллических решеток пленки и подложки растет от 0,0086 Å до 0,0206 Å. Для получения пленок с h 5,0 мкм в раствор-расплав, как и в случае для монокристаллических пленок Sc-замещенного ЖИГ, дополнительно вводили оксид LaO.
Показано, что регулируемое изменение состава и условий роста создает возможность для выращивания многослойных эпитаксиальных структур на основе ЖИГ общей толщиной около 100 мкм с разными магнитными свойствами в слоях. Пленочные структуры получали поэтапно, на каждом из этапов степень замещения ионов иттрия свинцом в слое была различной, за счет изменения условий роста. Установлено, что в каждом из слоев параметр кристаллической решетки был разным. Показано, что в структуре ГГГ/ЖИГ/La, Ga:ЖИГ наблюдается частотное разграничение магнитостатических волн.
Показано, что плотность дефектов феррит-гранатовых пленок с ЦМД, для выращивания которых использовали растворитель с оксидов MoO, BiO и PbO, зависит от молярных соотношений оксидов и меняется в границах 1,02… 1,74 см-2.
Исследовано влияние диамагнитных замещений в октаэдрической подрешетке на магнитные свойства и сверхтонкие взаимодействия в ферритах со структурами граната и шпинели. Представлено расчет значений обменных интегралов для тетраэдрических ионов железа, которые находятся в магнитно-неэквивалентных положениях в твердом растворе феррошпинелей никеля и меди. Расчет выполнен с использованием температурных зависимостей эффективных магнитных полей (Неф) на ядрах тетраэдрической (А) и октаэдрической (В) подрешеток феррита и теории молекулярного поля.
Установлены и обоснованы отличия в структурно-фазовом состоянии и магнитной структуре, которые наблюдаются в поверхностных слоях конструкционных материалов на основании железа и обусловлены характером их термической обработки. Обнаружено, что в состав окалины (окисление при Т=1447 К в течение 200 часов в атмосфере воздуха) входят оксиды и феррит, а защитные свойства окалины зависят от обогащения оксидных фаз алюминием. Исследования структурно-фазового состояния поверхности сплава 38ХН3МФА показали, что в состав поверхностных слоев необработанного материала входят две фазы легированного ферри-та, легированный цементит, аустенит и -Fe. Термообработка сплава при Т=1373 К (4 час.) приводит к выделению легирующих элементов цементита и их растворению в феррите, при этом растет содержание аустенита. Отжиг сплава при Т=1473 К (0,5 час.) приводит к завершению процесса перестройки кластеров с различным содержанием легирующих элементов и к росту однородности образцов по составу. После отжига сплава при Т=1073…1273 К (0,5…2,0 час.) и охлаждении в воде, в его составе фаза аустенита отсутствует, возникает плоскостная текстура, которая имеет более выраженный характер при повышение температуры отжига.
Показано, что в твердых растворах TiCo-xSn(х=0,3; 0,6; 1,0) атомы Sn занимают тетра-эдрические положения, которые образованы атомами Со, и частично статистически распреде-ленные по тетраэдрическим вакансиям, а Неф на ядрах Snкоррелируют со значениями эффективного магнитного момента на атомах Со. Сложная структура ЯГР спектров указывает на распределение атомов Fe(1), Fe(2), Fe(3) в соединениях RFeB.(Ce, Sm, Tb, Yb) по крис-таллографическим позициям, для которых координационное число КЧ=14 и 15.
Ключевые слова: ферромагнитные пленки, ядерный гамма-резонанс, жидкофазная эпи-таксия, сплавы, феррит-шпинели.
Підписано до друку 08.02.2001 р.
Формат 6084/. Ум. друк. арк.1,0
Тираж 100. Віддруковано на різографі.
__________________________________________________________________________________
Друкарня видавництва "Плай" Прикарпатського університету
імені Василя Стефаника
76000, м. Івано-Франківськ, вул. Шевченка, 57