Российские ученые разработали метод точного определения характеристик магнитной анизотропии в магнитных пленках, основанный на сочетании новых и традиционных подходов. Применение нового метода способствует созданию более совершенных магнитных датчиков для электроники и биомедицины. Используя его для изучения пленок на основе сплава железа и никеля, применяемых для создания магнитных сенсоров, ученые смогли получить пленки для датчиков с улучшенными характеристиками. Результаты исследования опубликованы в журнале Sensors.
Датчики, определяющие наличие либо измеряющие магнитное поле, сегодня весьма популярны. Они применяются в бесконтактных выключателях, измерителях уровня жидкости, системах чтения магнитных кодов, в ионных двигателях ракет. Есть они и в наших автомобилях и лифтах, смартфонах и наушниках. Функциональность такого датчика во многом определяется особенной характеристикой – магнитной анизотропией. Для создания идеального датчика необходимо получить однородные пленки с определенной величиной магнитной анизотропии и качеством, удовлетворяющим целому ряду требований. Перспективным решением может стать изготовление датчиков на основе многослойных магнитных тонкопленочных элементов.
Ученые из Красноярска и Екатеринбурга разработали новый подход к измерению характеристик магнитной анизотропии тонких пленок и многослойных структур. Он сочетает в себе традиционные и новые усовершенствованные способы анализа данных. Исследователи опробовали его на однослойных и многослойных пленках на основе сплава железа и никеля – пермаллоя. Полученные пленки применимы для разработки датчиков магнитного поля с дальнейшим использованием в электронных устройствах и биомедицине, например, для контроля концентрации магнитных наночастиц в тканях и сосудах, в тераностике и доставке лекарств.
Новый подход задействует такие методы магнитных измерений, как ферромагнитный резонанс и магнитометрия. Это помогает всесторонне и детально оценить характеристики магнитной анизотропии. Он позволяет, например, определять неоднородность распределения намагниченности. Это поможет сделать сенсоры эффективнее, поскольку контроль неоднородности магнитной анизотропии — ключ к созданию датчика с улучшенными характеристиками.
Пленки получали напылением на стекло сплава из железа и никеля. Используя новый метод, ученые обнаружили, что поле магнитной анизотропии однослойных пленок практически не изменяется при увеличении их толщины. При этом чем толще был однослойный образец, тем выше неоднородность анизотропии. Примечательно, что неоднородность анизотропии многослойной пленки была больше, чем для однослойной пленки той же толщины.
«Пленки на основе пермаллоя являются наилучшим выбором для магнитных наноструктурных чувствительных элементов с высокой магнитной проницаемостью и достаточно стабильными характеристиками. Мультислои на основе пермаллоя приобретают все большее значение в сенсорных конструкциях благодаря ряду преимуществ. Например, такой дизайн предотвращает нежелательные эффекты в пленках значительной толщины, необходимых для применения на практике. Новые требования к функциональным свойствам тонкопленочных сенсоров требуют разработки подходов к измерению характеристик, ведущих к более глубокому пониманию свойств тонких пленок и многослойных структур. Мы продемонстрировали, что сочетание новых и традиционных подходов для измерения магнитной анизотропии позволяет более детально контролировать их свойства, а, следовательно, и управлять ими. “Изюминками” исследования являются результаты, полученные на уникальной установке, разработанной в Институте физики СО РАН, — сканирующем спектрометре ферромагнитного резонанса, а также цифровом феррометре. Сочетание нескольких методов дает информацию о неоднородности пленки как по поверхности, так и по ее глубине», – рассказал Сергей Комогорцев, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией физики магнитных пленок Института физики им. Л.В. Киренского ФИЦ КНЦ СО РАН.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (№. 22-29-00980).
Информация предоставлена Федеральным исследовательским центром «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»
Источник фото: ru.123rf.com
