Влияние скин-эффекта на частотную зависимость динамической магнитной проницаемости ферромагнитных пленок

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследовано влияние скин-эффекта на частотную зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных пленок. Получены аналитические выражения для динамической магнитной проницаемости пленки при слабом и сильном скин-эффекте. Показано, что для тонкой пленки скин-эффект приводит к увеличению ширины пика частотной зависимости мнимой части магнитной проницаемости. При сильном скин-эффекте магнитная проницаемость пленки может быть представлена в виде двух слагаемых, соответствующих закону частотной дисперсии Лоренца. Проведенный анализ экспериментальных данных по пленкам Fe–N показал, что вклад скин-эффекта в частотную зависимость магнитной проницаемости оказывается малым для пленок толщиной менее 750 нм.

Об авторах

А. В. Осипов

Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН

Москва, 125412 Россия

Н. А. Бузников

Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН

Email: n_buznikov@mail.ru
Москва, 125412 Россия

И. В. Комаров

Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН

Москва, 125412 Россия

С. А. Маклаков

Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН

Москва, 125412 Россия

С. С. Маклаков

Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН

Москва, 125412 Россия

К. Н. Розанов

Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН

Москва, 125412 Россия

А. О. Ширяев

Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН

Москва, 125412 Россия

Список литературы

  1. Jiang X., Zhang J., Song X., Wang H., Zhang K., He Z., Wu C., Yu Z., Lan Z., Sun K. Tunable resonance frequency of NiFe thin films by oblique deposition // J. Magn. Magn. Mater. 2002. V. 547. P. 168946.
  2. Izotov A.V., Belyaev B.A., Boev N.M., Burmitskikh A.V., Leksikov A.A., Skomorokhov G.V., Solovev P.N. Tailoring the microwave properties of thin Permalloy films using a periodically grooved substrate // Physica B. 2022. V. 629. P. 413654.
  3. Goldman S., Celinski Z. Magnetic properties of (Ni0.81Fe0.19/SiO2)n multilayers for high frequency on-wafer inductor applications // J. Magn. Magn. Mater. 2023. V. 569. P. 170440.
  4. Li Q., Jiang Y., Wu C., Jiang X., Li Z., Sun K., Lan Z., Yu Z. Tailoring the in-plane magnetic anisotropy and permeability spectra of obliquely deposited Fe40Co40B20 films for 5G communications // J. Magn. Magn. Mater. 2023. V. 578. P. 170811.
  5. Lei T., Zhang W., Bo G., Feng C., Li N., Zhao R., Ji L., Zhang J., Zhang X. Tuning the ferromagnetic resonance frequency of microstructured permalloy film on flexible substrate // Phys. Status Solidi RRL. 2024. V. 18. P. 2400081.
  6. Liu J., Zhang Y., Zhang Y., Dai B., Ren Y., Chen M. Improvement of high-frequency magnetic properties of CoFeB thin film using oblique deposition for spin wave electronic devices // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2024. V. 35. No. 4. P. 281.
  7. Kumar P., Kumar R., Sharma V., Khanna M.K., Kuanr B.K. Influence of growth temperature on the magnetization dynamics of sputtered CoFeB thin films on various substrates and their microwave device functionality // J. Alloys Compd. 2024. V. 988. P. 174314.
  8. Perrin G., Acher O., Peuzin J.C., Vucadinovic N. Sum rules for gyromagnetic permeability of ferromagnetic thin films: Theoretical and experimental results // J. Magn. Magn. Mater. 1996. V. 157/158. P. 289–290.
  9. Acher O., Adenot A.L. Bounds on the dynamic properties of magnetic materials // Phys. Rev. B. 2000. V. 62. No. 17. P. 11324–11327.
  10. Acher O., Queste S., Ledieu M., Barholz K.-U., Mattheis R. Hysteretic behavior of the dynamic permeability on a Ni-Fe thin film // Phys. Rev. B. 2003. V. 68. No. 18. P. 184414.
  11. Lagarkov A.N., Rozanov K.N., Simonov N.A., Starostenko S.N. Microwave permeability of magnetic films. In: Handbook of Advanced Magnetic Materials / Ed. by Y. Liu, D.J. Sellmyer, D. Shindo. Boston, MA, US: Springer, 2006. P. 1742–1773.
  12. Van de Riet E., Roozeboom F. Ferromagnetic resonance and eddy currents in high-permeable thin films // J. Appl. Phys. 1997. V. 81. No. 1. P. 350–354.
  13. Iakubov I.T., Lagarkov A.N., Maklakov S.A., Osipov A.V., Rozanov K.N., Ryzhikov I.A., Simonov N.A., Starostenko S.N. Experimental study of microwave permeability of thin Fe films // J. Magn. Magn. Mater. 2003. V. 258–259. P. 195–197.
  14. Seemann K., Leiste H., Bekker V. New theoretical approach to the RF-dynamics of soft magnetic FeTaN films for CMOS components // J. Magn. Magn. Mater. 2004. V. 278. № 1–2. P. 200–207.
  15. Viegas A.D.C., Corrêa M.A., Santi L., da Silva R.B., Bohn F., Carara M., Sommer R.L. Thickness dependence of the high-frequency magnetic permeability in amorphous Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 thin films // J. Appl. Phys. 2007. V. 101. No. 3. P. 033908.
  16. Acher O., Dubourg S., Duverger F., Malléjac N. GHz permeability of soft CoZr films: the role of exchange–conductivity coupling // J. Magn. Magn. Mater. 2007. V. 310. No. 2. P. 2319–2321.
  17. Acher O., Dubourg S. Generalization of Snoek’s law to ferromagnetic films and composites // Phys. Rev. B. 2008. V. 77. No. 10. P. 104440.
  18. Neo C.P., Ding J. An algorithm to extract effective magnetic parameters of thin film with in-plane uniaxial magnetic anisotropy // J. Appl. Phys. 2010. V. 107. No. 9. P. 09C507.
  19. Li T., Wang Y., Shi H., Xi L., Xue D. Impact of skin effect on permeability of Permalloy films // J. Magn. Magn. Mater. 2022. V. 545. P. 168750.
  20. Li T., Yang D., Jin X., Xi L., Xue D. New characteristic parameter of energy loss in permalloy // New J. Phys. 2024. V. 26. No. 1. P. 013007.
  21. Rozanov K.N., Koledintseva M.Y. Application of generalized Snoek’s law over a finite frequency range: A case study // J. Appl. Phys. 2016. V. 119. No. 7. P. 073901.
  22. Wu M., Zhang Y.D., Hui S., Xiao T.D., Ge S., Hines W.A., Budnick J.I., Taylor G.W. Microwave magnetic properties of Co50/(SiO2)50 nanoparticles // Appl. Phys. Lett. 2002. V. 80. No. 23. P. 4404–4406.
  23. Qiao L., Wen F., Wei J., Wang J., Li F. Microwave permeability spectra of flake-shaped FeCuNbSiB particle composites // J. Appl. Phys. 2008. V. 103. No. 6. P. 063903.
  24. Zezyulina P.A., Iakubov I.T., Lagarkov A.N., Maklakov S.A., Maklakov S.S., Naboko A.S., Osipov A.V., Petrov D.A., Rozanov K.N., Ryzhikov I.A. The effect of the perpendicular anisotropy and eddy currents on the microwave performance of single-layer and multi-layer permalloy films // IEEE Magn. Lett. 2016. V. 7. P. 3705804.
  25. Бозорт Р. Ферромагнетизм. М.: Изд-во иностр. литературы, 1956. 784 с.
  26. Lagarkov A.N., Iakubov I.T., Ryzhikov I.A., Rozanov K.N., Perov N.S., Elsukov E.P., Maklakov S.A., Osipov A.V., Sedova M.V., Getman A.M., Ul’yanov A.L. Fe–N films: Morphology, static and dynamic magnetic properties // Physica B. 2007. V. 394. No. 2. P. 159–162.
  27. Iakubov I.T., Kashurkin O.Yu., Lagarkov A.N., Maklakov S.A., Osipov A.V., Rozanov K.N., Ryzhikov I.A., Starostenko S.N. A contribution from the magnetoelastic effect to measured microwave permeability of thin ferromagnetic films // J. Magn. Magn. Mater. 2012. V. 324. No. 21. P. 3385–3388.
  28. Маклаков С.С., Маклаков С.А., Набоко А.С., Полозов В.И., Амеличев В.А., Рыжиков И.А. Электрохимическая коррозия тонких ферромагнитных пленок Fe–N в нейтральном растворе // Известия Академии наук. Серия химическая. 2017. № 3. С. 457–462.
  29. Розанов К.Н., Симонов Н.А., Осипов А.В. Измерение СВЧ магнитной проницаемости пленок // Радиотехника и электроника. 2002. Т. 47. № 2. С. 210–216.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать