Особенности спектра обменных спиновых волн в планарных композитах FеNi/Dy/FeNi в области температур 4–300 K

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучен спин-волновой резонанс в магнитном планарном композите FeNi/Dy/FeNi на обменных спиновых волнах с волновым вектором вдоль нормали к поверхности в температурной области 4–290 K. Установлено, что в области 90–290 K наблюдается резонансное поглощение энергии высокочастотного поля на индивидуальных слоях FeNi; связь ферромагнитных слоев проявляется в появлении оптических сателлитов у акустических спин-волновых мод, полевые координаты оптических сателлитов указывают на положительную межслойную связь. В области 4–85 K наблюдается единый спин-волновой спектр планарного нанокомпозита, что позволило для него измерить величины спин-волновой жесткости. Особенности спин-волнового спектра обусловлены модификациями магнитной структуры Dy и изменением с температурой доминирующего взаимодействия РЗМ/ПМ на интерфейсах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. С. Исхаков

Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск

И. Г. Важенина

Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск

С. В. Столяр

Федеральный исследовательский центр “Красноярский научный центр СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: irina-vazhenina@mail.ru

   

Россия, Красноярск

В. Ю. Яковчук

Институт физики им. Л.В. Киренского СО РАН, Обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск

Список литературы

  1. Kuanr B.K., Kuanr A.V., Grünberg P., Nimtz G. Swept-frequency FMR on Fe/Cr/Fe trilayer ultrathin films; microwave giant magnetoresistance // Phys. Lett. A. 1996. V. 221. P. 245–252.
  2. Corrêa M.A., Bohn F., da Silva R.B., Sommer R.L. Magnetoimpedance effect at the high frequency range for the thin film geometry: Numerical calculation and experiment // J. Appl. Phys. 2014. V. 116. P. 243904.
  3. Kurlyandskaya G.V., Fernández E., Svalov A., Burgoa Beitia A., García-Arribas A., Larrañaga A. Flexible thin film magnetoimpedance sensors // J. Magn. Magn. Mater. 2016. V. 415. P. 91–96.
  4. Gardner D.S., Schrom G., Paillet F., Jamieson B., Karnik T., Borkar S. Review of On-Chip Inductor Structures With Magnetic Films // IEEE Trans. Magn. 2009. V. 45. P. 4760–4766.
  5. Zhang Z., Zhou L., Wigen P.E., Ounadjela K. Angular dependence of ferromagnetic resonance in exchange-coupled Co/Ru/Co trilayer structures // Phys. Rev. B. 1994. V. 50. P. 6094–6112.
  6. Poimanov V.D., Kuchko A.N., Kruglyak V.V. Scattering of exchange spin waves from a helimagnetic layer sandwiched between two semi-infinite ferromagnetic media // Phys. Rev. B. 2020. V. 102. P. 104414.
  7. Zhang Y., Wu G., Ji Z., Chen X., Jin Q.Y., Zhang Z. Significant and Nonmonotonic Dynamic Magnetic Damping in Asymmetric Co-Fe/ Ru/ Co-Fe thrilayers // Phys. Rev. Appl. 2022. V. 17. P. 034033.
  8. Naumova L.I., Milyaev M.A., Zavornitsyn R.S., Krinitsina T.P., Proglyado V.V., Ustinov V.V. Spin valve with a composite dysprosium-based pinned layer as a tool for determining Dy nanolayer helimagnetism // Curr. Appl. Phys. 2019. V. 19. P. 1252–1258.
  9. Herz R., Kronmüller H. Field-induced magnetic phase transitions in dysprosium // J. Magn. Magn. Mater. 1978. V. 9. P. 273–275. https://doi.org/10.1016/0304-8853(78)90069-0
  10. Dumesnil K., Dufour C., Mangin P., Marchal G., Hennion M. Magnetic structure of dysprosium in epitaxial Dy films and in Dy/Er superlattices // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. P. 6407–6420.
  11. Исхаков Р.С., Мороз Ж.М., Чеканова Л.А., Шалыгина Е.Е., Шепета Н.А. Ферромагнитный и спин-волновой резонанс в мультислойных пленках Co/Pd/CoNi // ФТТ. 2003. Т. 45. С. 846–851.
  12. Исхаков Р.С., Середкин В.А., Столяр С.В., Чеканова Л.А., Яковчук В.Ю. Спин-волновой резонанс в трехслойных пленках NiFe/DyxCo1-x/NiFe как метод регистрации неоднородностей структуры аморфных слоев DyxCo1-x // Письма в ЖЭТФ. 2002. Т. 76 (11). С. 779–783.
  13. Корчагин Ю.А., Хлебопрос Р.Г., Чистяков Н.С. Спектр спин-волнового резонанса в тонком ферромагнитном слое со смешанными граничными условиями // ФТТ. 1972. Т. 14 (7). С. 2121–2123.
  14. Корчагин Ю.А., Хлебопрос Р.Г., Чистяков Н.С. Спин-волновой резонанс в магнитных пленках с дополнительными поверхностными слоями // ФММ. 1972. Т. 34(6). С. 1303–1305.
  15. Puszkarski H., Tomczak P. Spin-wave resonance as a tool for probing surface anisotropies in ferromagnetic thin films: Application to the study of (Ga,Mn)As // Surf. Sci. Rep. 2017. V. 72. P. 351–367.
  16. Puszkarski H., Tomczak P., Diep H.T. Surface anisotropy energy in terms of magnetocrystalline anisotropy fields in ferromagnetic semiconductor (Ga,Mn)As thin films // Phys. Rev. B. 2016. V. 94. P. 195303.
  17. Poimanov V.D., Kuchko A.N., Kruglyak V.V. Magnetic interfaces as sources of coherent spin waves // Phys. Rev. B. 2018. V. 98. P. 104418.
  18. Camley R.E., Stamps R.L. Magnetic multilayers: spin configurations, excitations and giant magnetoresistance // J. Phys. Condens. Matter. 1993. V. 5. P. 3727–3786.
  19. Layadi A., Artman J.O. Ferromagnetic resonance in a coupled two-layer system // J. Magn. Magn. Mater. 1990. V. 92. P. 143–154.
  20. Bloemen P.J.H., van Kesteren H.W., Swagten H.J.M., de Jonge W.J.M. Oscillatory interlayer exchange coupling in Co/Ru multilayers and bilayers // Phys. Rev. B. 1994. V. 50. P. 13505–13514.
  21. Ando Y., Koizumi H., Miyazaki T. Exchange coupling energy determined by ferromagnetic resonance in 80Ni-Fe/Cu multilayer films // J. Magn. Magn. Mater. 1997. V. 166. P. 75–81.
  22. Heinrich B., Cochran J.F., Kowalewski M., Kirschner J., Celinski Z., Arrott A.S., Myrtle K. Magnetic anisotropies and exchange coupling in ultrathin fcc Co(001) structures // Phys. Rev. B. 1991. V. 44. P. 9348–9361.
  23. Fullerton E.E., Stoeffler D., Ounadjela K., Heinrich B., Celinski Z., Bland J.A.C. Structure and magnetism of epitaxially strained Pd(001) films on Fe(001): Experiment and theory // Phys. Rev. B. 1995. V. 51. P. 6364–6378.
  24. Celinski Z., Heinrich B. Exchange coupling in Fe/Cu, Pd, Ag, Au/Fe trilayers // J. Magn. Magn. Mater. 1991. V. 99. P. L25–L30.
  25. Мещеряков В.Ф. Резонансные моды слоистых ферромагнетиков в поперечном магнитном поле // Письма в ЖЭТФ. 2002. T. 76(12). C. 836–839.
  26. Romano J., da Silva E., Schelp L., Schmidt J., Meckenstock R., Pelzl J. Effects of Ar-ion implantation and thermal treatment on magnetic properties of Co/Pd multilayers: a ferromagnetic resonance study // J. Magn. Magn. Mater. 1999. V. 205. P. 161–169.
  27. Ajan A., Prasad S., Krishnan R., Venkataramani N., Tessier M. Ferromagnetic resonance spectra in Co/Nb multilayers with large Co thickness // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. P. 1444–1452.
  28. Исхаков Р.С., Столяр С.В., Чеканова Л.А., Яковчук В.Ю., Чижик М.В. Ферромагнитный и спин-волновой резонансы в трехслойных обменно-связанных структурах NiFe/Cu/NiFe // Изв. РАН. Сер. Физическая. 2011. T. 75 (2). C. 197–199.
  29. Исхаков Р.С., Столяр С.В., Чижик М.В., Чеканова Л.А., Яковчук В.Ю. Спин-волновой резонанс в структурах NiFe/DyxCo1-x/NiFe с положительной величиной обменного взаимодействия между ферромагнитными слоями // J. SFU. Mathem. & Phys. 2012. T. 5 (3). C. 370–381.
  30. Важенина И.Г., Столяр С.В., Яковчук В.Ю., Исхаков Р.С. Спин-волновой резонанс в обменно-связанных трехслойных FeNi/Cu/FeNi планарных структурах // ФТТ. 2021. T. 63 (12). C. 2106–2115.
  31. Yalçın O., Ünlüer Ş., Kazan S., Özdemir M., Öner Y. Temperature evolution of magnetic properties for (Cu/Co)60/Fe multilayer // J. Magn. Magn. Mater. 2015. V. 373. P. 144–150.
  32. Alayo W., Landi Jr.S., Pelegrini F., Baggio-Saitovitch E. Ferromagnetic resonance study of structure and relaxation of magnetization in NiFe/Ru superlattices // J. Magn. Magn. Mater. 2014. V. 350. C. 100–106.
  33. Belmeguenai M., Martin T., Woltersdorf G., Maier M., Bayreuther G. Frequency- and time-domain investigation of the dynamic properties of interlayer-exchange-coupled Ni81Fe19/Ru/ Ni81Fe19 // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P.104414.
  34. Kittel C. Excitation of Spin Waves in a Ferromagnet by a Uniform rf Field // Phys. Rev. 1958. V. 110. P. 1295–1297.
  35. Важенина И.Г., Исхаков Р.С., Яковчук В.Ю. Особенности угловых зависимостей параметров спектров ферромагнитного и спин-волнового резонанса // ФММ. 2022. Т. 123 (11). С. 1153–1160.
  36. Важенина И.Г., Исхаков Р.С., Чеканова Л.А. Спин-волновой резонанс в химически осажденных Fe-Ni пленках: измерения спин-волновой жесткости и константы поверхностной анизотропии // ФТТ. 2018. T. 60 (2). C. 287–293.
  37. Важенина И.Г., Столяр С.В., Яковчук В.Ю., Рауцкий M.В., Исхаков Р.С. Температурные зависимости межслойной обменной константы трехслойных пленок FeNi/Dy/FeNi, исследованные динамическим методом // Письма в ЖТФ. 2022. Т. 48 (10). С. 8–11.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. SEM-изображение трехслойной пленки с tDy ≈ 10 нм.

Скачать (56KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема, иллюстрирующая геометрию эксперимента.

Скачать (14KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Угловая зависимость положений резонансных полей для однослойной пленки Fe20Ni80 (а), экспериментальный спектр СВР при ΘH = 0° и T = 290 K (б), на вставке представлены экспериментальные значения резонансных полей от квадрата номера моды, описываемые линейной зависимостью. Арабскими цифрами на спектре обозначены номера стоячих обменных мод.

Скачать (61KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Экспериментальный спектр СВР трехслойной пленки Fe20Ni80/Dy/ Fe20Ni80 при ΘH = 0° и T = 290 K (а) и угловая зависимость резонансных полей акустического и оптического пиков (б) в спектре ФМР планарного композита.

Скачать (69KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Угловая зависимость резонансного поля акустической моды и угловая зависимость ее интенсивности на вставке для пленки Fe20Ni80/Dy/Fe20Ni80 (а), зависимость величин резонансных полей акустических (б) и оптических (в) пиков в спектре от квадрата номера моды при ΘH = 0°.

Скачать (33KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Примеры отдельных СВЧ-спектров трехслойной системы Fe20Ni80/Dy/ Fe20Ni80 при различных температурах при наличии межслойного обменного взаимодействия в температурной области II.

Скачать (45KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Примеры СВЧ-спектров трехслойной системы Fe20Ni80/Dy/Fe20Ni80 при 40 и 80 K при формировании стоячих волн вдоль всей толщины планарной системы. Кривые на фрагментах (а, б) и (д, е) отличаются коэффициентами усиления. Демонстрируется зависимость интенсивностей мод спектра от номера моды (в, ж), а также линейная зависимость положения резонансных полей от квадрата номера моды (г, з).

Скачать (161KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Температурные зависимости разницы резонансных полей между акустическим и оптическим пиками (а) и их интенсивностью (б).

Скачать (35KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Температурная зависимость обменной жесткости для однослойной пленки Fe20Ni80 и трехслойной пленки Fe20Ni80/Dy/Fe20Ni80 (а). Температурная зависимость ширины линии ФМР для акустического и оптического пика при ΘH = 90° (б).

Скачать (39KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Схема ориентаций намагниченности в трехслойной структуре при двух геометриях эксперимента (ФМР и СВР) и различном магнитном порядке Dy (ферромагнитном и геликоидальном антиферромагнитном) при разных температурах.

Скачать (33KB)
Метаданные