Вплив діамагнітного заміщення у феримагнітних плівках на їх магнітні властивості

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ПРИКАРПАТСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ імені ВАСИЛЯ СТЕФАНИКА

01.04.18. Фізика і хімія поверхні

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата фізикоматематичних наук

Вплив діамагнітного заміщення у феримагнітних плівках на їх магнітні властивості

Юр'єв Сергій Олексійович

ІваноФранківськ2001 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 1100 год. на засіданні

спеціалізованої вченої ради К.20.051.03. в Прикарпатському університеті імені Василя

Стефаника за адресою: 76000, м. ІваноФранківськ, 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

Размещено на http://www.allbest.ru

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 фізикохімічних 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 залізоітрієвого 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 феритгранатів 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 феритшпінелей зумовлена більшими значеннями їх намагніченості насичення (4Ms) та температур Кюрі у порівнянні з монокристалічними плівками ЗІГ. Перспектива використання феритшпінелей 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 фізикохімічними властивостями.

Розробку нових та проведення цілеспрямованої модифікації відомих функціональних та конструкційних матеріалів для забезпечення фізикохімічних 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 фізикотехнологічних питань, пов'язаних з вирощуванням методом рідиннофазової епітаксії (РФЕ) монокристалічних плівок заміщеного ЗІГ, шаруватих феритгранатових структур. Не були досліджені надтонкі взаємодії в монокристалічних плівках феритшпінелей в залежності від технологічних умов. Залишається до кінця нез'ясований вплив термічної обробки на структурнофазовий 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 підрешітці.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати дисертації були отримані в ході виконання держбюджетних науководослідних робіт, які проводились згідно рішень Мінвузу УРСР (№0193U040356), рішень науковотехнічної ради ДУ “Львівська політехніка” (№№ 0194U029622, 0196U000169, 0198U002344) та госпдоговірних науководослідних 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 Gaзаміщеного ЗІГ та багатошарових феритгранатових структур;

дослідження надтонких взаємодій в мoнокристалічних плівках феритшпінелі нікелю у взаємозв'язку з умовами їх вирощування та складом;

розробка способів зменшення дефектності монокристалічних феритгранатових плівок з ЦМД;

вивчення впливу діамагнітних заміщень іонів Fe3+ в октаедричній підрешітці на надтонкі взаємодії у феритах зі структурами шпінелі та гранату, визначення інтегралів обмінних взаємодій між іонами Fe3+, які знаходяться в магнітнонееквівалентних положеннях у феритшпінелі;

дослідження впливу термічної обробки на структурнофазовий склад поверхневих шарів залізомістких сплавів та надтонкі взаємодії у них;

отримання інформації про надтонкі взаємодії, магнітні властивості та особливості кристалічної структури нових інтерметалідів та фаз Гейслера;

удосконалення методики ядерної гаммарезонансної спектроскопії (ЯГР). діамагнітне заміщення феритшпінель феримагнітний

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 феритгранатових 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 феритшпінелі нікелю;

установлено та обгрунтовано відмінності в структурнофазовому 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 Fe3+ в магнітнонееквівалентних положеннях у феритшпінелі;

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 феритгранатових епітаксійних плівках можуть бути використані при розробці феримагнітних функціональних матеріалів із прогнозованими властивостями;

вирощені нами епітаксійні плівки заміщених феритгранатів знайшли використання при проектуванні та виготовленні функціональних НВЧ пристроїв в НДРТІ, м. Львів;

створений ЯГР спектрометр на базі багатоканального аналізатора імпульсів NTA1024 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 феритгранатів [11,12, 15,21,21], феритшпінелі 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 ядерноспектроскопічних досліджень надтонких взаємодій (Москва, 1985; Грозний, 1987; АлмаАта, 1989); 5th International Conference on Nuclear Spectroscopic Investigations of Hyperefine Interactions (Dubna, 1993); II Всесоюзній школісемінарі “Спинволновая электроника СВЧ” (Ашхабад, 1985); Регіональній конференції “Спинволновые явления электроники СВЧ” (Краснодар,1987); XIXIIIВсесоюзних школахсемінарах “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'93 (Kosice, 1993); VIIIth International Conference on Hyperfine Interаctions (Prague, 1989); International Conference on Application of Mцssbauer Effect (Budapest, 1989); UkrainianFrance 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'12, SMM'14 (Krakow,1995; Budapest, 1999); 2nd International Symposium on “Microelectronics Technologies and Microsystems” (Lviv, 1998); V, VII Міжнародних конференціях по фізиці і технології тонких плівок (ІваноФранківськ, 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. Проаналізовано 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, феритшпінелей та багатошаровими магнітними структурами. Відмічається, що найбільш освоєною технологією вирощування монокристалічних плівок феритгранатів 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 феритгранатових плівок.

Завершується розділ розглядом основних параметрів ЯГР спектрів. Показано, що використання методу ЯГР дає важливу інформацію про структурнофазовий стан, значення ефективних магнітних полів (Неф) на ядрах атомів, локальні спотворення кристалічної решітки, характер хімічних зв'язків, яка необхідна для глибокого розуміння структурнохімічної 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 монокристалічних плівок феритгранатів, представлено результати розробки способів зменшення дефектності епітаксійних плівок феритгранатів з ЦМД, описується методика синтезу монокристалічних плівок феритшпінелей 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 феритгранатів вирощували методом ізотермічної РФЕ з розчинурозплаву гранатоутворюючих оксидів та розчинника на підкладках діаметром до 76,2 мм із галійгадолінієвого гранату (ГГГ) орієнтації (111). Склад розчинурозплаву, до складу якого входили гранатоутворюючі оксиди та розчинник, задавали коефіцієнтами БланкаНільсена (R1…R4). Наведені коефіцієнти дозволяють ефективно змінювати температуру насичення (Тн) розчинурозплаву, яка була завжди на 10…30 К вищою від температури росту (Тр) плівок.

В процесі вирощування епітаксійних плівок контролювали такі параметри росту: ступінь переохолодження розчинурозплаву (Т), швидкість росту плівки (Vp), швидкість обертання підкладки () та температуру росту. Для поліпшення однорідності магнітних параметрів плівок по їх площі застосовували примусове перемішування розчинурозплаву. Значна увага приділялась наявності 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 феритгранатових структур як розчинник використовували суміш оксидів PbO та B2O3. Вирощування феритгранатових плівок із багатокомпонентним заміщенням, які містять іони вісмуту, проводили з розчинурозплаву на основі розчинника, до складу якого входили оксиди MoO3, Bi2O3 і PbO. Використання такого розчинника дозволило зменшити Тн до 1073…1214 К та Vp до 0,1…0,62 мкм/хв. Установлено склади (% мол.) розчинурозплаву, які відповідають вказаним значенням Тн та забезпечують відтворюванність магнітних параметрів епітаксійних плівок складу (Y,Sm,Bi,Ca)3(Fe,Ge,Si)5O12 з діаметром ЦМД 0,84…3,0 мкм. Показано, що густина дефектів феритгранатових плівок з ЦМД, для вирощування яких використовували розчинник з оксидів MoO3, Bi2O3 і PbO, змінюється в межах 1,02…1,74 см2 та залежить від молярних співвідношень оксидів в розчиннику.

Монокристалічні плівки феритшпінелі нікелю вирощували на пластинах з MgO орієнтації (100) методом ХТР, використовуючи створену нами ростову установку. Вихідним матеріалом для росту плівок служили таблетки фериту NiFe2O4. Нарощування плівок проводили при температурах випарника Т=993…1273 К та тиску газуносія HCl р=(2,6…4,2)103 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 М155 намагніченість насичення, а ширину лінії (Н) феромагнітного резонансу (ФМР) на ФМР спектрометрі із закороченим хвилеводом. Відносна похибка вимірювання цих параметрів не перевищувала: для Н 9%, 4Ms 6%. Товщину плівок ЗІГ встановлювали інтерференційним методом на спектрофотометрі типу UR20.

Контроль фазового складу та визначення структурних параметрів досліджуваних об'єктів проводили на рентгенівському дифрактометрі ДРОН2,0. Додатково визначався хімічний склад епітаксійних феритгранатових плівок методом рентгенівського мікроаналізу на аналізаторі “Cоmebax”. Аналіз проводився для заліза 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 NTA1024, який працював в режимі постійних прискорень. Режим постійних швидкостей забезпечував спектрометр ЯГРС4М. Для переміщення джерела гаммаквантів розроблено генератор опорного сигналу, робота якого узгоджена з роботою аналізатора імпульсів. Це дозволило забезпечити лінійність швидкості переміщення джерела гаммаквантів не нижчу ніж 0,02 мм/с. Реєстрацію гаммаквантів здійснювали фотоелектронним помножувачем з кристалом NaJ(Tl) товщиною 0,4 мм та резонансними детекторами для 57Fe та 119Sn. Для отримання мьосбауерівських спектрів конверсійних електронів (МСКЕ) зі зразків товщиною до 15 мм розроблено газопроточний пропорційний лічильник електронів. Під час проведення ЯГР вимірювань джерело гаммаквантів 57Co(Pd,Cr) та Ba119mSnO3 знаходилось при Т=295 К, а температура 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 феритгранатових структур у взаємозв'язку з умовами їх вирощування. В цьому ж розділі наведені результати досліджень надтонких взаємодій в Scзаміщеному ЗІГ.

Для одержання феритгранатових плівок з намагніченістю насичення вищою ніж у чистого ЗІГ, для якого 4Ms=1750 Гс, проводили часткове заміщення іонів Fe3+ іонами Sc3+, так як вони володіють перевагою до заміщення іонів Fe3+ в октаедричній (а) підрешітці феритгранату. Розрахунок концентраційної залежності 4Ms для феритгранату Y3Fe5xScxO12 показав, 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 Sc3+ у плівці приводив до зменшення параметру 4Ms, що пов'язуємо із входженням частини іонів Sc3+ у тетраедричну (d) підрешітку. Установлено, що при заміщенні іонів Fe3+ іонами Sc3+ морфологія поверхні плівок за рахунок зростання неузгодженості а погіршується. Для збереження якості плівок у шихту вводили оксид La2O3. Іони La3+, володіючи більшим іонним радіусом, ніж іони Y3+, заміщають їх частково в додекаедричній (с) підрешітці феритгранату. Крім того, через відсутність в іонів La3+ орбітального і спінового моментів, вони не дають внесок у розширення лінії ФМР. Входження іонів Sc3+ в кількості 4,5...6,0 % ат., що має місце при R1=30; 50R2150; R3=15,6; R4=0,138; R5=Y2O3/La2O3=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 Sc3+ (r=0,745 Е) не можуть заповнювати тетраедричну підрешітку, яка деформується з боку сусідніх додекаедричних великих іонів лантану, і майже всі займають октаедричну підрешітку феритгранату.

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 Y2Fe5xScxO12 на іони лантану поліпшує морфологію поверхні, приводить до збільшення параметру 4Мs і зменшення Н лінії ФМР.

Для одержання феритгранатових плівок з 4Мs 1750 Гс проводили заміщення іонів Fe3+ іонами Ga3+, які мають перевагу до зайняття тетраедричних положень у їх кристалічній структурі. Плівки Y3Fe5xGaxO12 (0,0x0,60) вирощували на підкладках з ГГГ орієнтації (111). Склад шихти задавали коефіцієнтами R1…R4, які мали значення: R1=13,0; R2=16,5…587,0; R3=15,5; R4=0,085. Значення коефіцієнтів вибирали з міркувань стабільності гранатової фази для складів з різним вмістом іонів Ga3+. Установлено, що коли розрахунок складу шихти вести з використанням значення коефіцієнту розподілу галію KGa=2,2, яке відоме з літератури, то вміст іонів Ga3+ в плівках складу Y3Fe5xGaxO12 (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 Y3Fe4,9Ga0,1O12. Зростання параметру 4Мs ми пов'язуємо зі зменшенням коефіцієнту KGa, що в результаті приводить до зменшення в плівках кількості іонів Ga3+, які потрапляють у d.

підрешітку фериту. Проведені дослідження температурних залежностей параметрів 4Мs і На плівок Y3Fe5xGaxO12 (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 Y3Fe5xGaxO12 з 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 0,0086Е до 0,0206Е. Для отримання плівок з h 5,0 мкм у розчинрозплав, як і у випадку для монокристалічних плівок Scзаміщеного ЗІГ, вводили оксид La2O3. При значеннях коефіцієнтів R2=29 і 21, та співвідношенні R5=6 були отримані якісні плівки складу Y3yLayFe5xGaxO12 (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 феритгранатів. Вирощували трьохшарові структури з плівок ЗІГ загальною товщиною до 102 мкм із розчинурозплаву такого складу (в % мол.): PbO 86,46; B2O3 5,54; Fe2O3 7,37; Y2O3 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}3(Fe,Ga)5O12, які володіють ЦМД. Товщина монокристалічного 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 феритгранатових 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 57Fe ЯГР досліджень феритгранатів складу Y3Fe5xScxO12 (x=0,5 та 1,0) при Т=80 та 295 К. Було виявлено магнітнонееквівалентні положення тетраедричних та октаедричних іонів Fe3+. Магнітна нееквівалентність тетраедричних іонів зумовлена статистичним розподілом іонів Fe3+(a) та Sc3+ (a) в найближчому оточенні іонів Fe3+ (d). В цій же системі феритгранатів 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 Fe3+, що проявляється у розширенні резонансних ліній ЯГР спектру, які відповідають іонам Fe3+(а).

У четвертому розділі викладено результати досліджень надтонких взаємодій в епітаксійних плівках феритшпінелі нікелю у взаємозв'язку з технологічними умовами їх вирощування, в основних фазах поверхневих шарів конструкційних сплавів, які пройшли термічну обробку.

Установлено, що 57Fe ЯГР спектри монокристалічних плівок феритшпінелі 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 57Fe, відповідно, 5075, 4925 і 4595 кЕ. Це дозволяє стверджувати, що феритова плівка не відповідає формулі NiFe2O4. Неф= 4595 кЕ ми відносимо до Неф на ядрах 57Fe в магнетиті Fe3O4. Щодо двох інших значень Неф=5075 і 4925 кЕ, то вони близькі до Неф в фериті NiFe2O4. 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 Fe3+ та Fe2+, як це має місце в магнетиті Fe3O4. Згідно оцінок, проведених із ЯГР спектрів, намагніченості плівок направлені під кутом 410...450 до площини підкладки.

Задаючи температуру підкладки Т=1193...1245 К (при температурі випарника Т=1293 К) і зменшивши Vp плівок, ми виключили появу іонів Fe2+ в плівках.

Установлено, що дифузія катіонів Mg2+ через межу “плівкапідкладка” 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 феритшпінелі нікелю, вирощених методом РФЕ на підкладках з MgO орієнтації (100) та (111), показали, що структура їх 57Fe ЯГР спектрів аналогічна спектрам фериту NiFe2O4. 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 ?, що є характерним для феритшпінелі нікелю. Виявлене зростання Hеф на ядрах іонів Fe3+ в а та dпозиціях 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 57Fe 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 Fe2O3+Fe3xAlxO4+Al2xFexO3 та шпінель FeAl2O4. Виявлено, що ЯГР спектри цієї окалини є накладанням зеєманівського розщеплення та двох квадрупольних дублетів. Показано, що магнітна надтонка структура спектру обумовлена наявністю магнітновпорядкованих фаз Fe2O3 та фериту Fe3хAlxO4 з 0,0х0,35. Установлено, що один дублет з =0,600,05 мм/с відповідає твердому розчину Аl2хFexO3, а інший шпінелі FeAl2O4. Спектри оксидної плівки сплаву Fe з 20% Al та 0,5% С також свідчать про присутність в її складі магнітновпорядкованих фаз Fe2O3 та Fe3xAlxO4. 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 57Fe 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)3C 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 2ої та 5ої ліній у спектрі свідчить про виникнення в поверхневих шарах сплаву магнітної площинної текстури.

В цьому розділі також наведені результати досліджень 57Fe 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 (Г1/2=0,56 мм/с) ми пов'язуємо з невеликим квадрупольним розщепленням. Очевидно, що спектр відповідає немагнітному нітриду заліза або твердому розчину азоту в сплаві. Якщо врахувати, що атомний радіус азоту близький до 0,7 Е, а в заліза він перевищує 1,2 Е, 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, необхідно відмітити, що упровадженої кількості азоту недостатньо для порушення магнітного упорядкування сплаву на таких відстанях від його поверхні.

Завершується розділ викладенням результатів досліджень магнітних властивостей твердого розчину феритшпінелей нікелю та міді. Представлений розрахунок значень інтегралів обмінних взаємодій між тетраедричними (Аn) іонами Fe3+, які знаходяться в магнітнонееквівалентних положеннях у цьому фериті. Розрахунок базується на використанні температурних залежностей Неф на ядрах 57Fe 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.

1. TiCo2xSn (х=0,0; 0,3; 0,6; 1,0). В 119Sn ЯГР спектрах TiCo2xSn вказаних складів при Т=295 і 80 К спостерігається зеєманівське розщеплення для фази TiCo2Sn 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 TiCo2xSn магнітним моментом володіють тільки атоми Со. Якщо прийняти до уваги, що найближчі відстані між атомами Со в TiCo2xSn (3,00Е) перевищують СоСо в металевому Со (2,51Е), то магнітне упорядкування в сплавах TiCo2xSn, пояснюється непрямими обмінними взаємодіями, які здійснюються через електрони провідності і приводять до появи Неф на ядрах 119Sn.

2. R5Fe2B6 (R=Ce, Sm, Tb, Yb. В цих сполуках рідкісноземельні атоми характеризуються координаційними числами (КЧ) 14,15,16. Для атомів заліза КЧ=14. 57Fe ЯГР спектри сполук R5Fe2B6 при Т=80 К і 295 К та їх розклад показують, що спектри Ce5Fe2B6, Sm5Fe2B6, Tb5Fe2B6 при T=295 і T=80 K складаються з двох квадрупольних дублетів і однієї монолінії. Спектр Yb5Fe2B6 при тій самій температурі характеризується накладанням трьох зеєманівських секстиплетів. Складна структура ЯГР спектрів вказує на розподіл атомів Fe в сполуках R5Fe2B6. по кристалографічним 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 розподіляються 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 фізикохімічних властивостей відомих функціональних та конструкційних матеріалів отримано такі результати:

1. Упровадження іонів La3+ 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 La3+, іони Sc3+ 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 Sc3+ октаедричних положень в кристалічній структурі плівок.

2. Розроблено нові склади шихти, запропоновано розчинник та оптимізовано співвідношення оксидів PbO, Bi2O3 та MoO3 у ньому для вирощування епітаксійних плівок феритгранатів 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 см2.

3. Показано, що регульована зміна параметрів росту і складу створює можливість вирощування епітаксійних багатошарових феритгранатових 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.

4. Установлено, що магнітна надтонка структура 57Fe ЯГР спектрів епітаксійних плівок феритшпінелі нікелю є чутлива до ступеня переохолодження розчинурозплаву, що пов'язано з входженням в плівки великих немагнітних іонів свинцю та платини, які розривають обмінні зв'язки та деформують кристалічну решітку плівки.

5. У феритгранатових плівках складу Y3Fe5xGaxO12 (0,0x0,60) вміст іонів Ga3+ відрізняється від розрахункових значень, що викликано залежністю коефіцієнта розподілу іонів Ga3+ в плівці від їх вмісту в шихті та температурних режимів росту. Установлено, що найбільша розбіжність між розрахунковим значенням коефіцієнту розподілу іонів Ga3+ в плівці та одержаними спостерігається для х0,3.

6. Виявлено магнітнонееквівалентні положення іонів Fe3+ в тетраедричній підрешітці феритів зі структурою гранату та шпінелі при діамагнітному заміщені іонів Fe3+ в октаедричній підрешітці, що проявляється в появі додаткових ліній в структурі 57Fe ЯГР спектрів. Магнітна нееквівалентність для октаедричних іонів Fe3+ спостерігається для феритгранату Y3Fe5xScxO12 (x=0,5 та 1,0), що зумовлено неколеніарністю магнітних моментів заліза в найближчому d оточені. З температурних залежностей Неф на ядрах іонів Fe3+ в А та Впідрешітках у твердому розчині феритшпінелей нікелю та міді в наближені теорії молекулярного поля визначено інтеграли обмінних взаємодій для магнітнонееквівалентних іонів Fe3+ А підрешітки.

7. Виявлені особливості у формуванні надтонкої структури 57Fe ЯГР спектрів окалини, яка утворилась на поверхні сплавів FeAl 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.

8. Дослідження структурнофазового 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.

9. В поверхневому шарі товщиною до 3103 Е 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.

10. Установлено, що в твердих розчинах TiCo2xSn (х=0,0; 0,3; 0,6; 1,0) магнітне упорядкування 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 0,8NiFe2O4(0,2x)CuFe2O4xBiFe2O4 // Вестник Львовского политехнического института “Теория и проектирование полупроводниковых и радиоэлектронных устройств и систем. 1980. №142. С. 97101.

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. унта “Выща школа” 1984. вып.28. С. 5256.

3. Юрьев С.А., Ющук С.И., Хомяк Г.Е. Цифровой генератор опорного сигнала для ядерного гаммарезонансного спектрометра на базе многоканального анализатора импульсов NTA1024 // Приборы и техника эксперимента. 1986. №1. С. 104106.

4. 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. 888890.

5. Ющук С.И., Юрьев С.А., Шевчук П.И., Костюк П.С., Хомин С.И. Использование мессбауэровской спектроскопии для контроля параметров эпитаксиальных пленок никелевого феррита // Неорганические материалы. 1989. Т.25. №1. С. 119123.

6. Рыльников Б.С., Любецкая Л.В., Ющук С.И., Юрьев С.А. Электронное состояние атомов железа в окалине на сплавах FeAl // Защита металлов. 1989. Т.XXV. №2. С. 250255.

7. Ющук С.И., Юрьев С.А., Давыденко А.Г., Беленький Л.Е. Эффект Мессбауэра на ядрах 119Sn и 57Fe в твердом растворе 1,0Fe2O30,05SnO2 // Неорганические материалы. 1990. Т.26. №2. С. 312317.

8. А.Н.Кондирь, А.С.Борисюк, С.А.Юрьев. Температурная зависимость намагниченности насыщения при внутрифазовом распаде в сплавах системы FeCr // Физика металлов и металловедение. 1990. №1. С.131137.

9. Ющук С.І., Юр'єв С.О., Беленький Л.Є., Корабель В.В. Локальні магнітні поля на ядрах 57Fe в LiTi феритах // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв”. 1994. №280. С.6974.

10. С.І. Ющук, С.О. Юр'єв, П.С. Костюк. Деякі особливості вирощування плівок залізоітрієвого гранату з однорідними магнітними властивостями // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв”. 1995. №289. С. 9094.

11. С.І. Ющук, С.О. Юр'єв, П.С. Костюк. Вирощування і властивості монокристалічних плівок залізоітрієвого гранату з малими магнітними втратами // Вісник ДУ “Львівська пoлітехніка” “Теорія і проектування напівпровідникових та радіоелектронних пристроїв”. 1996. №302. С. 122 125.

12. С.И.Ющук, С.А.Юрьев, П.С.Костюк. Выращивание и свойства монокристаллических пленок (Y,Sc)3Fe5O12 // Неорганические материалы. 1997. Т.33. №7. С. 881883.

13. S.O.Yuryev, S.I.Yushchuk, Yu.B.Ku'zma, I.E. Lopatynsky. 57Fe Mssbauer spectroscopic investigation of structural details of some ternary borides // Journal of Alloys and Compounds. 1998. №270. P.1620.

14. С.О.Юр'єв, С.І.Ющук, Л.М.Ракобовчук, Р.В.Сколоздра. Магнітні поля на ядрах 119Sn в твердих розчинах TiCo2xSn (x=0,0…1,0) // Вісник НУ “Львівська політехніка” “Електроніка”. 2000. № 401. С. 101107.

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. 3740.

16. Рішення про видачу патенту України на винахід “Спосіб вирощування епітаксійних плівок феритгранатів 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.

17. Рішення про видачу патенту України на винахід “Спосіб вирощування монокристалічних плівок феритгранатів методом рідиннофазної епітаксії”. С.С. Варшава, С.О.Юр'єв, П.С.Юрчишин, 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 57Fe in YFeSc Garnets. Proc. VIIIth International Conference on Hyperfine Interactions. - Prague (Czechoslovakia). 1989. B479.

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 ядерноспектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий. ч .IV. АлмаАта. 1989. С.24.

20. Б.С.Рыльников, С.И.Ющук, С.А.Юрьев, Л.В.Любецкая. Исследование магнитного и структурного состояния поверхностных слоев конструкционной стали 38ХН3МФА методом ЯГР // Материалы III Всесоюзного совещания по ядерноспектроскопическим исследованиям сверхтонких взаимодействий. - Москва: Издво Моск. унта.1990. С.144148.

21. Stepan Yushchuk, Sergiy Yuryev, Valentina Nikolaychuk. The Growth and Properties of Monocrystaline Y3Fe5xGaxO12 Garnet Film// Proc. on 2nd International Symposium on Microelectronics Technologies and Microsystems. Lviv (Ukraine). 1998. P. 4044.

АНОТАЦІЯ

Юр'єв С.О. Вплив діамагнітного заміщення на магнітні властивості феримагнітних плівок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізикоматематичних наук за спеціальністю 01.04.18. - фізика і хімія поверхні. - Прикарпатський університет ім. В.Стефаника. ІваноФранківськ, 2001.

Дисертація присвячена установленню впливу діамагнітних заміщень та умов вирощування на магнітні властивості та структуру епітаксійних плівок залізоітрієвого гранату (ЗІГ). Визначена роль іонів La3+ 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 структурнофазовому 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 гаммарезонансної спектроскопії.

Ключові слова: феримагнітні плівки, ядерний гаммарезонанс, рідиннофазова епітаксія, сплави, феритшпінелі.

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. IvanoFrankivsk, 2001.

The thesis is devoted to the setting of the influence of diamagnetic substitutions and growing conditions on the magnetic properties and structure of yttriumiron garnet epitaxial films. The role of La3+ ions in 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 gammaresonance spectroscopy was improved.

Key words: ferromagnetic films, nuclear gammaresonance, liquid phase epitaxy, alloys, ferritspinel.

Аннотация. Юръев С.О. Влияние диамагнитного замещения на магнитные свойства ферримагнитных пленок. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 01.04.18. физика и химия поверхности. Прикарпатський университет им. В.Стефаника. ИваноФранковск, 2001.

Диссертация посвящена исследованию влияния диамагнитных замещений и условий выращивания на магнитные свойства и структуру эпитаксиальных пленок железоиттриевого граната (ЖИГ). Для получения феррит гранатовых пленок с намагниченностю насыщения (4Ms) большей, чем 1750 Гс, проводили частичное замещение ионов Fe3+ диамагнитными ионами Sc3+. 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 La3+, значения 4Ms достигали 1900…2100 Гс при толщине пленок до 80 мкм и ширине линии (Н) ферромагнитного резонанса (ФМР) (Н0,7 Э).

Для получения ферритгранатовых пленок с 4Ms1750 Гс проводили замещение ионов Fe3+ ионами Ga3+. Установлено, что в ферритгранатовых пленках состава Y3Fe5xGaxO12 (0,0х0,60) содержание ионов Ga3+ отличается от расчетных значений, что вызвано зависимостью коэффициента распределения ионов Ga3+ от их содержания в шихте и температурных режимов роста. Установлено, что наибольшее рассогласование экспериментального и расчетного коэффициентов распределения ионов Ga3+ наблюдается для х0,3.

Толщины выращенных пленок Y3Fe5xGaxO12 с 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 Е до 0,0206 Е. Для получения пленок с h 5,0 мкм в растворрасплав, как и в случае для монокристаллических пленок Scзамещенного ЖИГ, дополнительно вводили оксид La2O3.

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 ферритгранатовых пленок с ЦМД, для выращивания которых использовали растворитель с оксидов MoO3, Bi2O3 и PbO, зависит от молярных соотношений оксидов и меняется в границах 1,02… 1,74 см2.

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 магнитнонеэквивалентных 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.

...