RU2120147C1 - Тонкопленочный магнитный материал - Google Patents
Тонкопленочный магнитный материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2120147C1 RU2120147C1 RU96117410A RU96117410A RU2120147C1 RU 2120147 C1 RU2120147 C1 RU 2120147C1 RU 96117410 A RU96117410 A RU 96117410A RU 96117410 A RU96117410 A RU 96117410A RU 2120147 C1 RU2120147 C1 RU 2120147C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- film
- thin
- magnetic
- metal ions
- magnetic material
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
- B05D1/18—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping
- B05D1/20—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by dipping substances to be applied floating on a fluid
- B05D1/202—Langmuir Blodgett films (LB films)
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/0036—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity
- H01F1/0072—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity one dimensional, i.e. linear or dendritic nanostructures
- H01F1/0081—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties showing low dimensional magnetism, i.e. spin rearrangements due to a restriction of dimensions, e.g. showing giant magnetoresistivity one dimensional, i.e. linear or dendritic nanostructures in a non-magnetic matrix, e.g. Fe-nanowires in a nanoporous membrane
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/005—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure organic or organo-metallic films, e.g. monomolecular films obtained by Langmuir-Blodgett technique, graphene
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/3227—Exchange coupling via one or more magnetisable ultrathin or granular films
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Nitrogen And Oxygen Or Sulfur-Condensed Heterocyclic Ring Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к магнитным материалам, которые могут быть использованы в электронике, нанотехнологии, магнитооптике и т.д. Тонкопленочный магнитный материал представляет собой органическое соединение, химически связанное с ионами металла, выполненное в виде слоистой молекулярной структуры ленгмюровской пленки с включенными в нее упорядоченными двумерными монослоями ионов редкоземельных металлов. Изобретение обеспечивает возможность получения даже одного двумерного монослоя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к магнитным материалам, в частности к тонкопленочным магнитным материалам, которые могут быть использованы для создания функциональных элементов в электронике, нанотехнологии, магнитооптике, а также элементов магнитной памяти и магнитных покрытий.
Известна ферритовая пленка, изготовленная по способу получения ферритовых пленок [1] и которая может быть использована при изготовлении интегральных схем СВЧ-диапазона, элементов памяти ЭВМ. По данному способу получают пленки ферритов состава NiFe2O4 (шпинель) и Y3Fe5O12 (гранат) толщиной 50-500 мкм на диэлектрических подложках. Плазменно-напыленная пленка имеет однофазную структуру и обладает требуемыми электромагнитными характеристиками. Недостатком ферритовой пленки, полученной этим способом, является то, что пленка принципиально не может быть изготовлена достаточно тонкой. Минимальная толщина этой пленки ≥ 50 мкм, что не позволяет использовать ее для создания функциональных элементов в нанотехнологии.
Известен тонкопленочный магнитный материал [2], полученный на основе органических соединений и предназначенный для элементов функциональной электроники. Известный материал содержит органическое связующее - аминоуксусную кислоту и металл - гадолиний, которые образуют химическое соединение - гексаглициногадолинисульфат. Его получают химической реакцией водного раствора сульфата гадолиния и глицина. Полученный материал в виде пленки толщиной 0,5-0,6 мкм на различных подложках нетоксичен и обладает гистерезисной петлей, ферромагнитными свойствами (B=1•10 Тл, H = 20 А/м).
Недостатком этого материала является то, что пленки получают из стекловидной массы кислого глицината сульфата гадолиния, высушенного при 100-120oC, в результате чего предельно минимальная толщина полученной пленки 0,5-0,6 мкм, что не позволяет использовать ее для создания функциональных элементов в нанотехнологии, кроме того, тонкопленочный магнитный материал не обладает однородностью структуры, что приводит к низкой стабильности ферромагнитных параметров и магнитных свойств.
Заявляемый тонкопленочный магнитный материал представляет собой органическое соединение, химически связанное с ионами металла, выполненный в виде слоистой молекулярной структуры ленгмюровской пленки с включенными в нее N ≥ 1 упорядоченными двумерными монослоями ионов редкоземельных металлов, при этом в качестве редкоземельного металла используют гадолиний. Общими существенными признаками заявляемого и известного материала является то, что он содержит органическое соединение, химически связанное с ионами металла.
Существенным же отличием заявляемого материала является то, что он выполнен в виде слоистой молекулярной структуры ленгмюровской пленки с включенными в нее N ≥ 1 упорядоченными двумерными монослоями ионов редкоземельного металла, при этом оптимальным в качестве редкоземельного металла использовать гадолиний.
Заявляемый тонкопленочный магнитный материал представляет собой сверхтонкую металлоорганическую магнитную пленку, минимальная толщина которой соответствует толщине одного ленгмюровского монослоя, содержащего ионы редкоземельного метала, и при использовании стеариновой кислоты составляет .
Магнитное упорядочение в этом материале имеет место при температурах выше комнатной, при этом заявляемый тонкопленочный магнитный материал обладает высокой стабильностью магнитных свойств и однородностью структуры.
Сущность изобретения и достигаемый результат поясняются на чертежах.
На фиг. 1 изображены температурные зависимости интенсивности и ширины сигнала электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Кривая 1 - интенсивность сигнала ЭПР. Кривая 2 - ширина сигнала ЭПР.
На фиг. 2 изображены спектры ЭПР тонкопленочного магнитного материала. Кривая 1 соответствует температуре 500 K (парамагнитная фаза). Кривая 2 соответствует температуре 300 K (магнитоупорядоченная фаза).
На фиг. 3 изображен низкополевой гистерезис спектров микроволнового поглощения. Кривая 1 соответствует увеличению магнитного поля от нуля до максимального значения. Кривая 2 соответствует уменьшению магнитного поля от максимального значения до нуля.
Сущность изобретения заключается в том, что в качестве органического вещества для создания тонкопленочного материала используются амфифильные соединения, молекулы которых образуют ленгмюровский монослой на поверхности водной фазы. Классическими веществами для формирования ленгмюровских монослоев на границе раздела вода - воздух являются жирные кислоты, особенно стеариновая кислота. Жирные кислоты имеют в своей молекулярной структуре карбоксильные группы COOH, которые при диссоциации протона в водную фазу приобретают заряд -1. С упорядоченной отрицательно заряженной поверхностью монослоя могут взаимодействовать находящиеся в водной фазе противоположно заряженные ионы металла с образованием ионных и координационных связей. При этом с увеличением заряда иона, как правило, существенно увеличивается сила связывания иона с монослоем и стабильность получающихся монослоев.
Монослой с адсорбированными из раствора ионами может затем быть перенесен на твердотельную подложку известным методом Ленгмюра или его разновидностями. В растворе наряду с введенными ионами редкоземельных металлов могут присутствовать другие ионы, которые могут адсорбироваться на монослой и также включаться в структуру тонкопленочного магнитного материала. В результате на поверхности твердотельной подложки формируется строго двумерная планарная металлсодержащая ленгмюровская пленка. Высокая степень упорядоченности молекулярной структуры пленки и двумерный слоистый характер расположения в ней магнитных ионов обеспечивают возникновение у таких пленок новых полезных свойств, существенно отличающих их от свойств соответствующих металлов и других ионных соединений, в частности, возникновение магнитной упорядоченности при относительно высоких температурах.
Существенным отличием и преимуществом заявляемого тонкопленочного магнитного материала от известного является принципиальная возможность получения его в виде даже одного идеально упорядоченного двумерного монослоя магнитных ионов, включенных в слоистую молекулярную структуру ленгмюровской пленки, что недостижимо другими методами, включая самые современные методы молекулярно-лучевой эпитаксии. Получение таких двумерных ансамблей ионов металлов с магнитной упорядоченностью при комнатных и выше температурах важно и перспективно для создания устройств наноэлектроники и нанотехнологии.
Включение в структуру пленок трехвалентных магнитных ионов редкоземельных металлов обеспечивает исключительно высокую стабильность материала. Так полученные пленки стеарата гадолиния при нагревании до 650 K и последующим охлаждением до комнатной температуры не теряли своих магнитных свойств. Тонкопленочный магнитный материал может быть получен на атомарно гладкой твердотельной подложке, обеспечивающей формирование плоских слоев ионов редкоземельных металлов в структуре нанесенных на подложку ленгмюровских пленок.
Водная фаза под монослоем жирной (стеариновой кислоты) содержит ионы редкоземельных металлов, при этом происходит адсорбция ионов металлов из водной фазы на поверхность ленгмюровского монослоя. Наряду с введенными ионами редкоземельных элементов могут адсорбироваться на монослой и другие ионы, присутствующие в растворе и которые также могут включаться в структуру тонкопленочного магнитного материала. Концентрация ионов металлов в водной фазе от 10-5 до 10-3 М.
Монослой с адсорбированными на нем ионами металла поднимается до значений поверхностного давления 20 - 35 мН/м и после установления равновесия переносится на подготовленную твердотельную подложку. В результате формируется структура, представляющая собой плоские двумерные одноатомные слои магнитных ионов металла, включенных в структуру мультислойных ленгмюровских пленок из органических амфифильных молекул, в частности жирных кислот. При этом ионы металла локализованы вы области полярных фрагментов амфифильных молекул, с которыми они образуют комплекс в результате связывания из водной фазы.
Расстояние между слоями полярных групп амфифильных молекул в многослойной структуре ленгмюровских пленок строго детерминировано строением амфифильных молекул и их упаковкой в структуре мультислойных пленок. Таким образом, расстояние между слоями магнитных ионов в мультислойных пленках оказывается строго равным расстоянию между областями полярных голов, которое в случае ленгмюровских пленок жирных кислот (структуры Y типа) составляет
Количество слоев магнитных ионов в многослойной ленгмюровской пленке на одной подложке может быть достаточно большим (от 1 до нескольких сотен и более), при этом строго выдерживается параллельность слоев в структуре пленки.
Количество слоев магнитных ионов в многослойной ленгмюровской пленке на одной подложке может быть достаточно большим (от 1 до нескольких сотен и более), при этом строго выдерживается параллельность слоев в структуре пленки.
Для получения тонкопленочного магнитного материала был использован раствор стеариновой кислоты (C18H32O2) в хлороформе концентрации 2•10-4 М, который наносился на поверхность сверхчистой воды, полученной на установке MiliQ фирмы Milipor и содержащей ионы Gd3+ в концентрации 5•10-4 М. Через 5 мин, необходимых для испарения хлороформа, монослой поджимался барьером до величины поверхностного давления P=30 мН/м со скоростью 3 А2/молекулу • мин. Поверхностное давление в монослое измерялось с помощью весов Вильгельми. Затем после установления равновесия в системе методом Ленгмюра монослой переносился на твердотельную подложку (полированный кремний) размером 3•30 мм. Последовательным повторением переноса монослоя с поверхности водной фазы на твердотельную подложку были получены образцы, содержащие 1; 10; 25; 50 и 100 слоев ионов гадолиния, инкорпорированных в слоистую структуру мультислойных пленок Ленгмюра-Блоджетт.
Спектры электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) были получены на спектрометре ЭПР-4 фирмы "Varian" (США).
Ввиду крайне малых характерных размеров получаемого тонкопленочного магнитного материала и соответственно малого количества гадолиния в образце для исследования магнитных свойств полученного материала был применен метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), (фиг. 1 - 3). Спектры микроволнового поглощения полученных образцов свидетельствуют о существовании в полученном материале магнитного упорядочения при температурах ниже критической T = 470 K (фиг. 1 - 3). Интенсивность сигнала ЭПР Gd3+ (фиг.1), определяемая как произведение амплитуды сигнала на (ΔU)2 вблизи T0 имеет максимум и уменьшается как при увеличении температуры в парамагнитной области (T > T0), так и при понижении температуры в области магнитного упорядочения (T < T0) (фиг. 1). Ширина ΔH сигнала ЭПР Gd3+ (фиг. 2) резко возрастает при приближении к T0 (фиг. 1). Одновременно наблюдается уменьшение резонансного поля (увеличение g-фактора). Такое температурное поведение характеристик сигнала ЭПР характерно для перехода системы ионов - центров ЭПР в магнитоупорядоченное состояние.
Ниже температуры перехода в тонкопленочном магнитном материале наблюдается зависимость спектра микроволнового поглощения от его начального магнитного состояния. Спектры исходно ненамагниченного материала и материала, побывавшего в значительном (> 0,05 Тл) магнитном поле, различаются особенно в области малого внешнего поля, где внешнее и внутреннее поле (поле намагниченности) образца сравнимы по величине. Это различие характеризуется вертикальным смещением ΔZ спектра при нулевом поле (фиг. 3).
Кроме того, при T < T0 в материале наблюдается заметная зависимость величины ΔZ от скорости разверки внешнего магнитного поля. Это указывает на малую скорость магнитной релаксации в тонкопленочном магнитном материале, что также характерно для магнитоупорядоченного состояния. Особенности спектров микроволнового поглощения, аналогичные полученным в тонкопленочном магнитном материале, наблюдаются также в ферромагнитных пленках на основе Fe2O3, что подтверждает наличие ферромагнитного упорядочения в заявляемом тонкопленочном магнитном материале.
Тонкопленочный магнитный материал, выполненный в виде слоистой молекулярной структуры ленгмюровской пленки с включенными в нее упорядоченными двумерными монослоями ионов редкоземельных металлов (конкретная реализация - гадолиний Gd3+) обладает магнитным упорядочением структуры уже при температуре ниже 650 K. Тонкопленочный магнитный материал обладает высокой стабильностью магнитных свойств.
Claims (2)
1. Тонкопленочный магнитный материал, содержащий органическое соединение, химически связанное с ионами металла, отличающийся тем, что он выполнен в виде слоистой молекулярной структуры ленгмюровской пленки с включенными в нее N≥1 упорядоченными двумерными монослоями ионов редкоземельного металла.
2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве редкоземельного металла используют гадолиний.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96117410A RU2120147C1 (ru) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | Тонкопленочный магнитный материал |
PCT/RU1997/000150 WO1998010442A1 (fr) | 1996-09-06 | 1997-05-14 | Materiau magnetique de type film fin, et procede de fabrication de ce materiau |
AU30514/97A AU3051497A (en) | 1996-09-06 | 1997-05-14 | Thin-film magnetic material and method for making the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96117410A RU2120147C1 (ru) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | Тонкопленочный магнитный материал |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96117410A RU96117410A (ru) | 1998-08-27 |
RU2120147C1 true RU2120147C1 (ru) | 1998-10-10 |
Family
ID=20184947
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96117410A RU2120147C1 (ru) | 1996-09-06 | 1996-09-06 | Тонкопленочный магнитный материал |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU3051497A (ru) |
RU (1) | RU2120147C1 (ru) |
WO (1) | WO1998010442A1 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7432371B2 (en) | 2002-02-07 | 2008-10-07 | Covalent Partners, Llc | Nanofilm and membrane compositions |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1815144A1 (de) * | 1968-12-17 | 1970-07-09 | Agfa Gevaert Ag | Verfahren zum Herstellen von Symmetrierband in der Tonbandtechnik |
US3702263A (en) * | 1970-02-20 | 1972-11-07 | Ibm | Process for electrolessly plating magnetic thin films |
FR2138410B1 (ru) * | 1971-05-25 | 1973-05-25 | Commissariat Energie Atomique | |
JPS5658135A (en) * | 1979-10-13 | 1981-05-21 | Sony Corp | Magnetic recording medium |
US4659605A (en) * | 1984-05-16 | 1987-04-21 | Richardson Chemical Company | Electroless deposition magnetic recording media process and products produced thereby |
FR2610927B1 (fr) * | 1987-02-13 | 1989-05-12 | Centre Nat Rech Scient | Systemes moleculaires polymetalliques dotes notamment de proprietes ferromagnetiques, procede pour leur synthese et leurs applications en particulier comme ferro-aimants |
SU1601644A1 (ru) * | 1988-11-17 | 1990-10-23 | Воронежский государственный университет им.Ленинского комсомола | Тонкопленочный магнитный материал |
-
1996
- 1996-09-06 RU RU96117410A patent/RU2120147C1/ru active
-
1997
- 1997-05-14 WO PCT/RU1997/000150 patent/WO1998010442A1/ru active Application Filing
- 1997-05-14 AU AU30514/97A patent/AU3051497A/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU3051497A (en) | 1998-03-26 |
WO1998010442A1 (fr) | 1998-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Cheng et al. | Nanostructure magneto-optical thin films of rare earth (RE= Gd, Tb, Dy) doped cobalt spinel by sol–gel synthesis | |
US6815609B1 (en) | Nanomagnetic composition | |
Wäckerlin et al. | Giant hysteresis of single-molecule magnets adsorbed on a nonmagnetic insulator | |
Ma et al. | Interfacial control of Dzyaloshinskii-Moriya interaction in heavy metal/ferromagnetic metal thin film heterostructures | |
Kołtunowicz et al. | Negative capacitance in (FeCoZr)–(PZT) nanocomposite films | |
Kamiguchi et al. | Anomalous field dependence of magnetoresistance in Fe/Gd multilayered ferrimagnets | |
Verma et al. | Multiferroic effects in MFe2O4/BaTiO3 (M= Mn, Co, Ni, Zn) nanocomposites | |
Arzamastseva et al. | Properties of epitaxial (210) iron garnet films exhibiting the magnetoelectric effect | |
Brookes et al. | Magnetic surface states on Fe (001) | |
Dawn et al. | Direct evidence to control the magnetization in Fe3O4 thin films by N2 ion implantation: a soft X-ray magnetic circular dichroism study | |
Waqas et al. | Robust ferromagnetism and magneto-dielectric anomalies in (Al, Cr) co-doped iron oxide thin films-microwave mediated sol–gel approach | |
RU2120147C1 (ru) | Тонкопленочный магнитный материал | |
Liu et al. | The effect of the vacuum extraction and the Fe/Ba ratio on the phase formation of barium ferrite thin film synthesized by sol–gel method | |
Fitta et al. | Magnetic and magneto-optical properties of nickel hexacyanoferrate/chromate thin films | |
Xie et al. | The structural, ferroelectric and optical properties of (Gd, Cr) co-substituted BiFeO 3 thin films | |
Fakhrul et al. | Damping and interfacial Dzyaloshinskii–Moriya interaction in thulium iron garnet/bismuth-substituted yttrium iron garnet bilayers | |
Masoudpanah et al. | Influence of metal precursor on the synthesis and magnetic properties of nanocrystalline SrFe12O19 thin films | |
Shaiboub et al. | Characterization of Erbium Substituted Yttrium Iron Garnet Films Prepared by Sol‐Gel Method | |
Lu et al. | XPS and XMCD study of Fe/sub 3/O/sub 4//GaAs interface | |
Okano et al. | Hydrothermal synthesis of aluminum bearing magnetite particles | |
Will-Cole et al. | Electric field tuning of ultrafast demagnetization in a magnetoelectric heterostructure | |
Ray | Synthesis and Characterization of Nanocrystalline Nickel-Zinc Spinel Ferrite Thin Films Using the Spin-Spray Deposition Method | |
Suresh et al. | Magnetic properties and microstructure of Co–Ni–Fe–Gd–Mn electrodeposited thin film | |
Belyaev et al. | Synthesis and study of the magnetic characteristics of nanocrystalline cobalt films | |
Kim et al. | Effects of Scandium Doping on Structural and Magnetic Properties of Cobalt Ferrite Thin Films |