Магнитные свойства бислойной пленки с решеткой антиточек: монте-карло-моделирование

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Методом Монте-Карло моделируются магнитные свойства бислойной пленки с решеткой антиточек. Рассматриваемая система состоит из двух пленок с различной магнитной восприимчивостью (магнитомягкий и магнитотвердый слои). Толщина магнитотвердого слоя остается постоянной, а толщина магнитомягкого слоя варьируется. В пленке формируется решетка антиточек, как массив квадратных пор, расположенных в узлах регулярной сетки. Для описания магнитных свойств используется модель Изинга. В рассматриваемой модели слои пленки имеют различные обменные константы. Исследуется зависимость температуры Кюри системы от толщины магнитомягкого слоя и периода решетки антиточек. Температура фазового перехода нелинейно зависит от обоих параметров. На втором этапе изучается процесс перемагничивания пленки. Решетка антиточек и магнитомягкий слой искажают петлю гистерезиса. Исследована зависимость коэрцитивной силы и энергии перемагничивания от параметров системы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. В. Белим

Омский государственный технический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: sbelim@mail.ru
Россия, Омск

С. С. Симакова

Омский государственный технический университет

Email: sbelim@mail.ru
Россия, Омск

И. В. Тихомиров

Омский государственный технический университет

Email: sbelim@mail.ru
Россия, Омск

Список литературы

  1. Krupinski M., Sobieszczyk P., Zieliński P., Marszałek M. Magnetic reversal in perpendicularly magnetized antidot arrays with intrinsic and extrinsic defects // Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 13276.
  2. Belim S.V., Tikhomirov I.V. Computer simulation of Fe epitaxial films on a Cu(100) substrate // Physica Scripta. 2023. V. 98. P. 105973.
  3. Belim S.V. Investigation of Phase Transitions in Ferromagnetic Nanofilms on a Non-Magnetic Substrate by Computer Simulation // Materials 2022. V. 15. P. 2390.
  4. Kaidatzis A., del Real R.P., Alvaro R., Niarchos D., Vazquez M., García-Martín J.M. Nanopatterned hard/soft bilayer magnetic antidot arrays with long-range periodicity // J. Magn. Magn. Mater. 2020. V. 498. P. 166142.
  5. Salaheldeen M., Martínez-Goyeneche L., Álvarez-Alonso P., Fernández A. Enhancement the perpendicular magnetic anisotropy of nanopatterned hard/soft bilayer magnetic antidot arrays for spintronic application // Nanotechnology. 2020. V. 31. P. 485708.
  6. Challab N., Faurie D., Haboussi M., Adeyeye A.O., Zighem F. Differentiated Strain-Control of Localized Magnetic Modes in Antidot Arrays // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2021. V. 13. P. 29906–29915.
  7. Ruiz-Feal I., Lopez-Diaz L., Hirohata A., Rothman J., Guertler C.M., Bland J.A.C., Garcia L.M., Torres J.M., Bartolome J., Bartolome F., Natali M., Decanini D., Chen Y. Geometric coercivity scaling in magnetic thin film antidot arrays // J. Magn. Magn. Mater. 2002. V. 242–245. P. 597–600.
  8. Vavassori P., Gubbiotti G., Zangani G., Yu C.T., Yin H., Jiang H., Mankey G.J. Lattice symmetry and magnetization reversal in micron-size antidot arrays in permalloy film // J. Appl. Phys. 2002. V. 91. P. 7992.
  9. Heyderman L.J., Nolting F., Backes D., Czekaj S., Lopez-Diaz L., Kläui M., Rüdiger U., Vaz C.A.F., Bland J.A.C., Matelon R.J., Volkmann U.G., Fischer P. Magnetization reversal in cobalt antidot arrays // Phys. Rev. B. 2006. V. 73. P. 214429.
  10. Brigneti E.V., Ramos C.A., Ureña E.B., Pirota K., Vázquez M., Prieto P., Sanz J.M. Ferromagnetic resonance and magnetization in permalloy films with nanostructured antidot arrays of variable size // J. Magn. Magn. Mater. 2008. V. 320. P. 257.
  11. Paul D.I. General theory of the coercive force due to domain wall pinning // J. Appl. Phys. 1982. V. 53. P. 2362.
  12. Barnard J.A., Fujiwara H., Inturi V.R., Jarratt J.D., Scharf T.W., Weston J.L. Nanostructured magnetic networks // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 69. P. 2758.
  13. Tripathy D., Vavassori P., Porro J.M., Adeyeye A.O., Singh N. Magnetization reversal and anisotropic magnetoresistance behavior in bicomponent antidot nanostructures // Appl. Phys. Lett. 2010. V. 97. P. 042512.
  14. Suess D., Schrefl T., Fahler S., Kirschner M., Hrkac G., Dorfbauer F., Fidler J. Exchange spring media for perpendicular recording // Appl. Phys. Lett. 2005. V. 87. P. 012504.
  15. Asti G., Ghidini M., Pellicelli R., Pernechele C., Solzi M., Albertini F., Casoli F., Fabbrici S., Pareti L. Magnetic phase diagram and demagnetization processes in perpendicular exchange-spring multilayer // Phys. Rev. B. 2006. V. 73. P. 094406.
  16. Schmool D.S., Apolinario A., Casoli F., Albertini F. Ferromagnetic resonance study of Fe/FePt coupled films with perpendicular anisotropy // IEEE Trans. Magn. 2008. V. 44. P. 3087–3090.
  17. Navas D., Torrejon J., Béron F., Redondo C., Batallan F., Toperverg B.P., Devishvili A., Sierra B., Castaño F., Pirota K.R., Ross C.A. Magnetization reversal and exchange bias effects in hard/soft ferromagnetic bilayers with orthogonal anisotropies // New J. Phys. 2012. V. 14. P. 113001.
  18. Béron F., Kaidatzis A., Velo M.F., Arzuza L.C.C., Palmero E.M., del Real R.P., Niarchos D., Pirota K.R., García-Martín J.M. Nanometer Scale Hard/Soft Bilayer Magnetic Antidots // Nanoscale Res. Lett. 2016. V. 11. P. 86.
  19. Salaheldeen M., Nafady A., Abu-Dief A.M., Díaz Crespo R., Fernández-García M.P., Andrés J.P., López Antón R., Blanco J.A. Enhancement of Exchange Bias and Perpendicular Magnetic Anisotropy in CoO/Co Multilayer Thin Films by Tuning the Alumina Template Nanohole Size // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 2544.
  20. Belim S.V., Belim S.S., Tikhomirov I.V., Bychkov I.V. Computer Simulation of Phase Transitions in Thin Films with an Antidote Lattice // Coatings. 2022. V. 12. P. 1526.
  21. Belim S.V., Simakova S.S., Tikhomirov I.V. Effect of disorder on phase transitions in antidote lattice thin films: computer simulations // Letters Mater. 2023. V. 13(4). P. 304–307.
  22. Waldman M., Hagler A.T. New combining rules for rare gas van der Waals parameters // J. Comput. Chem. 1993. V. 14. P. 1077–1084.
  23. Binder K. Critical Properties from Monte-Carlo Coarse-Graining and Renormalization // Phys. Rev. Lett. 1981. V. 47. P. 693.
  24. Landau D.P., Binder K. Phase Diagrams and Multicritical Behavior of a Three-Dimensional Anisotropic Heisenberg Antiferromagnet // Phys. Rev. B. 1978. V. 17. P. 2328–2342.
  25. Babaev A.B., Murtazaev A.K. The tricritical point of the site-diluted three-dimensional 5-state Potts model // J. Magn. Magn. Mater. 2022. V. 563. P. 169864.
  26. Бабаев А.Б., Муртазаев А.К. Моделирование трехкомпонентной модели Поттса на гексагональной решетке методом Монте–Карло // ФММ. 2023. Т. 124(7). С. 577–583.
  27. Kulesh N.A., Vázquez M., Lepalovskij V.N., Vas’kovskiy V.O. Antidot patterned single and bilayer thin films based on ferrimagnetic Tb–Co alloy with perpendicular magnetic anisotropy // Nanotechnology 2018. V. 29(6). P. 065301.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Геометрические параметры системы.

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Кумулянты Биндера для бислойной пленки с толщиной слоев D1=8, D2=6 и периодом решетки антиточек d=8: (a) для всей бислойной пленки; (б) для магнитотвердого слоя; (в) для магнитомягкого слоя.

Скачать (45KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость температуры фазового перехода TC бислойной пленки от периода решетки антиточек. Красной пунктирной линией показана температура непрерывной пленки без решетки антиточек.

Скачать (11KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость магнитной восприимчивости от температуры как для слоев пленки, так и для двухслойной пленки в целом. (MH — график восприимчивости для магнитотвердого слоя; MS — график восприимчивости для магнитомягкого слоя; BL — график восприимчивости для бислойной пленки.)

Скачать (13KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Петли гистерезиса для пленок с различной толщиной магнитомягкого слоя D2 и отношением обменных интегралов R: (a) R=0.4; (б) R=0.8.

Скачать (30KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Петли гистерезиса для пленок с различной толщиной магнитомягкого слоя D2, отношением обменных интегралов R и периодом решетки антиточек d: (a) R=0.4, a=2, d=4; (б) R=0.4, a=2, d=8; (в) R=0.8, a=2, d=16; (г) R=0.8, a=2, d=16.

Скачать (60KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимость коэрцитивной силы Hc от отношения обменных интегралов R при различной толщине магнитомягкой составляющей D2 для сплошной пленки и пленки с разными периодами решетки антиточек d: (a) сплошная пленка; (б) d=16; (в) d=8; (г) d=4.

Скачать (64KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимость коэрцитивной силы Hc от отношения обменных интегралов R для пленок с толщиной магнитомягкого слоя D2=6 и различным периодом решетки антиточек d.

Скачать (17KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимость энергии перемагничивания Em от отношения обменных интегралов R при различной толщине магнитомягкой составляющей D2 для сплошной пленки и пленки с разными периодами решетки антиточек d: (a) сплошная пленка; (б) d=16; (в) d=8; (г) d=4.

Скачать (66KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимость энергии перемагничивания от отношения обменных интегралов при D2=6 и различном периоде решетки антиточек.

Скачать (16KB)
Метаданные