Измерительные головки для сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Основным элементом сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса является измерительная головка, с помощью которой регистрируются спектры поглощения электромагнитного излучения локальными участками тонких магнитных пленок. Степень локальности определяется площадью измерительного отверстия головки в пределах 0.1–2.2 мм2. Чувствительность устройства существенно увеличена благодаря не только миниатюрности колебательного контура в автодинном генераторе и сравнительно большой его собственной добротности, но и замене круглого измерительного отверстия головки на квадратное. Последнее существенно повышает однородность распределения высокочастотного магнитного поля в измерительном отверстии. Набор сменных головок с требуемым шагом перекрывает диапазон частот 0.1–4.0 ГГц, при этом отношение сигнал/шум для головки с площадью отверстия 1.0 мм2, измеренное на пермаллоевой пленке толщиной 2 нм, составляет не менее примерно 8 дБ. Показано, что эффективная намагниченность насыщения с ростом частоты монотонно достигает насыщения (MS = 843 Гс), а на низких частотах аномально увеличивается более чем в 1.6 раза до величины MS = 1359 Гс. Эффективность использования разработанных головок для исследования природы образования и особенностей распределения магнитных неоднородностей по площади образцов продемонстрирована на пермаллоевых пленках толщиной 25 нм размерами 10 × 10 мм2, осажденных в постоянном магнитном поле на монокристаллические подложки из лангасита.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Б. А. Беляев

Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева; Сибирский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: belyaev@iph.krasn.ru
Россия, 660037, Красноярск, просп. им. газеты “Красноярский рабочий”, 31; 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79

Н. М. Боев

Сибирский федеральный университет; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Россия, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79; 660036, Красноярск, Академгородок, 50, с. 38

А. В. Бурмитских

Сибирский федеральный университет; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Россия, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79; 660036, Красноярск, Академгородок, 50, с. 38

А. А. Горчаковский

Сибирский федеральный университет; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Россия, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79; 660036, Красноярск, Академгородок, 50, с. 38

С. Д. Крёков

Сибирский федеральный университет; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Россия, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79; 660036, Красноярск, Академгородок, 50, с. 38

Р. Г. Галеев

Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева; АО НПП “Радиосвязь”

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Россия, 660037, Красноярск, просп. им. газеты “Красноярский рабочий”, 31; 660021, Красноярск, ул. Декабристов, 19

Список литературы

  1. Суху Р. Магнитные тонкие пленки / Пер. с англ. М.: Мир. 1967.
  2. Карпенков С.Х. // Электроника: наука, технология, бизнес. 2000. № 5. С. 26.
  3. Пискорский В.П., Валеев Р.А., Королев Д.В., Столянков Ю.В., Моргунов Р.Б. // Труды ВИАМ 2020. № 1 (85). С. 24. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-1-24-37
  4. Хлопов Б.В. // T-Comm. 2014. № 3. С. 6.
  5. Карпенков С.Х. Тонкопленочные магнитные преобразователи. М.: Радио и связь, 1985.
  6. Бабицкий А.Н., Блинников Е.П., Владимиров А.Г., Гитарц Я.И., Поляков В.В., Фролов Г.И. // Геофизическая аппаратура. 1991. № 94. С. 21.
  7. Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Боев Н.М., Скоморохов Г.В., Изотов А.В., Галеев Р.Г. // ПТЭ. 2016. № 3. С. 96. https://doi.org/10.7868/S0032816216030174
  8. Зубков В.И., Щеглов В.И. // Радиотехника и электроника. 2011. Т. 56. № 7. С. 839.
  9. Устинов А.Б., Никитин А.А., Калиникос Б.А. // ЖТФ. 2015. Т. 85. № 9. С. 136.
  10. Фетисов Ю.К., Сигов А.С. // РЭНСИТ. 2018. Т. 10. № 3. С. 343.
  11. Баранов П.Г., Калашникова А.М., Козуб В.И., Коренев В.Л., Кусраев Ю.Г., Писарев Р.В., Сапега В.Ф., Акимов И.А., Байер М., Щербаков А.В., Яковлев Д.Р. // УФН. 2019. Т. 189. № 8. С. 849. https://doi.org/10.3367/UFNr.2018.11.038486
  12. Беляев Б.А., Изотов А.В., Лексиков Ан.А., Соловьев П.Н., Тюрнев В.В. // Изв. вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 9. С. 7. https://doi.org/10.17223/00213411/63/9/3
  13. Solovev P.N., Afonin A.O., Belyaev B.A., Boev N.M., Govorun I.V., Izotov A.V., Ugrymov A.V., Leksikov A.A. // Phys. Rev. B. 2022. V. 106. 064406. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.064406
  14. Hamida A.B., Sievers S., Pierz K., Schumacher H.W. // J. App. Phys. 2013. V. 114. 123704. https://doi.org/10.1063/1.4823740
  15. Tamaru S., Tsunegi S., Kubota H., Yuasa S. // Rev. Sci. Instr. 2018. V. 89. 053901. https://doi.org/org/10.1063/1.5022762
  16. Frait Z. // Czech. J. Phys. 1959. V. 9. P. 403. https://doi.org/10.1007/BF01557202
  17. Soohoo R.F. // J. Appl. Phys. 1962. V. 33. P. 1276. https://doi.org/10.1063/1.1728690
  18. Беляев Б.А., Лексиков А.А., Макиевский И.Я., Тюрнев В.В. // ПТЭ. 1997. № 3. С. 106.
  19. Belyaev B.A., Izotov A.V., Leksikov A.A. // IEEE Sensors Journal. 2005. V. 5. P. 260. https://doi.org/10.1109/JSEN.2004.842293
  20. Беляев Б.А., Боев Н.М., Горчаковский А.А., Галеев Р.Г. // ПТЭ. 2021. № 2. С. 107. https://doi.org/10.31857/S0032816221010249
  21. Беляев Б.А., Изотов А.В., Кипарисов С.Я. // Письма в ЖЭТФ. 2001. Т. 74. № 4. С. 248.
  22. Беляев Б.А., Изотов А.В. // Письма в ЖЭТФ. 2002. Т. 76. № 3. С. 209.
  23. Belyaev B.A., Izotov A.V., Skomorokhov G.V., Solovev P.N. // Mater. Res. Express. 2019. V. 6. 116105. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab4456
  24. Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Скоморохов Г.В., Соловьев П.Н. // Изв. вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 1. С. 17. https://doi.org/10.17223/00213411/63/1/17
  25. Беляев Б.А., Тюрнев В.В., Изотов А.В. Лексиков Ан.А. // ФТТ. 2016. Т. 58. № 1. С. 56.
  26. Беляев Б.А., Изотов А.В. // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103. № 1. С. 44. https://doi.org/10.7868/S0370274X16010082
  27. Belyaev B.A., Izotov A.V., Solovev P.N., Boev N.M. // Phys. Status Solidi Rapid Res. Lett. 2020. V. 14. 1900467. https://doi.org/10.1002/pssr.201900467
  28. Solovev P.N., Belyaev B.A., Boev N.M., Skomorokhov G.V. Izotov A.V. // J. Phys.: Condens. Matter. 2024. V. 36. 195803. https://doi.org/10.1088/1361-648X/ad258c
  29. Беляев Б.А., Горчаковский А.А., Боев Н.М., Крёков С.Д. Патент на изобретение № 2 816 116 РФ // Опубл. 26.03.2024. Бюл. № 9.
  30. Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. Т. I. М.: Мир, 1972.
  31. Haschke M., Flock J., Haller M. X-ray Fluorescence Spectroscopy for Laboratory Applications. Weinheim: Wiley-VCH. 2021.
  32. Беляев Б.А., Изотов А.В., Кипарисов С.Я., Скоморохов Г.В. // ФТТ. 2008. Т. 50. № 4. С. 650.
  33. Изотов А.В., Беляев Б.А. Свид. о гос. рег. прогр. для ЭВМ № 2009616881. 2009.
  34. Беляев Б.А., Изотов А.В. // ФТТ. 2007. Т. 49. № 9. С. 1651.
  35. Игнатченко В.А. // ЖЭТФ. 1961. Т. 40. С. 1228.
  36. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Принципиальная электрическая схема измерительной головки сканирующего спектрометра ФМР.

Скачать (143KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Печатная плата измерительной головки сканирующего спектрометра ФМР.

Скачать (355KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Конструкции индуктивных элементов колебательного контура, изготовленных на отрезке полоскового проводника (а) и на катушке из полутора витков (б), концы которых припаяны к контактным площадкам печатной платы.

Скачать (187KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Распределение амплитуды высокочастотного магнитного поля в круглом (а) и квадратном (б) измерительных отверстиях.

Скачать (692KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фотографии СВЧ-головок с площадью квадратных измерительных отверстий 1.0 мм2 – слева и 0.5 мм2 – справа.

Скачать (224KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Спектры ферромагнитного резонанса ТМП толщиной 2 нм, снятые на частоте 3.123 ГГц, при развертке магнитного поля, направленного ортогонально оси анизотропии, без накопления сигнала (сплошная линия) и с накоплением 9 спектров (точки).

Скачать (100KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости поля ферромагнитного резонанса от угла направления постоянного магнитного поля развертки для ТМП толщиной 2 нм (а, б), 3 нм (в) и 100 нм (г). Спектры (а, в, г) снимались без накоплений, спектр (б) получен усреднением из 9 накоплений.

Скачать (316KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределение полей одноосной магнитной анизотропии по площади образцов №1 (а) и № 2 (б), а также статистическое распределение величин этих полей.

Скачать (632KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Распределение углов направления одноосной магнитной анизотропии по площади образцов № 1 (а) и № 2 (б), а также статистическое распределение величин этих углов.

Скачать (573KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Частотные зависимости эффективной намагниченности насыщения и ширины линии ФМР центрального участка пермаллоевой пленки Fe20Ni80 толщиной 25 нм.

Скачать (87KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025