Магнитные состояния многослойных структур Fe/Cr со сверхтонкими слоями железа

Abstract

Изучалась эволюция магнитных свойств сверхрешеток Fe/Cr при уменьшении номинальной толщины слоев железа вплоть до атомных величин, когда эти слои уже не являются сплошными. Исследования проведены на многослойных образцах с толщиной Fe в диапазоне 2–6 Å при толщинах прослоек хрома 10 и 20 Å. Образцы приготовлены методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Проведены измерения статической намагниченности, комплексной магнитной восприимчивости и спектров ФМР. Обнаружено, что в зависимости от толщины слоев Fe и температуры в системе реализуются различные магнитные фазы: суперпарамагнитная, магнитоупорядоченная, а также неэргодичное состояние, характеризуемое зависимостью намагниченности образца от его магнитной предыстории. Показано, что наблюдаемая неэргодичная фаза проявляет свойства спинового стекла. Построена качественная фазовая диаграмма магнитных состояний исследуемой системы.

Вивчалася еволюція магнітних властивостей надграток Fe/Cr при зменшенні номінальної товщини шарів заліза аж до атомних величин, коли ці шари вже не є суцільними. Дослідження проводилися на багатошарових зразках з товщиною Fe у діапазоні 2–6 Å при товщинах прошарків хрому 10 та 20 Å. Зразки приготовлено методом молекулярно-променевої епітаксії. Проведено виміри статичної намагніченості, комплексної магнітної сприйнятливості та спектрів ФМР. Виявлено, що залежно від товщини шарів Fe та температури у системі реалізуються різні магнітні фази: суперпарамагнітна, магнітоупорядкована, а також неергодичний стан, який характеризується залежністю намагніченості зразка від його магнітної передісторії. Показано, що неергодична фаза, яка спостерігається, проявляє властивості спінового скла. Побудовано якісну фазову діаграму магнітних станів системи, яка досліджується.

The evolution of magnetic properties was studied in Fe/Cr superlattices with nominal iron layer thickness diminishing down to atomic values, where these layers were no longer continuous. The investigations were performed using multilayer structures with Fe thickness of 2–6 Å for chromium spacers 10 Å and 20 Å thick. The samples were prepared by the molecular beam epitaxy technique. The measurements of static magnetization, complex magnetic susceptibility and FMR spectra were carried out. It is found that there may occur different magnetic phases in the system depending on nominal Fe layer thickness and temperature: superparamagnetic phase, the magnetically ordered one, and non-ergodic state with sample magnetic history-dependent magnetization. The observed non-ergodic phase is shown to exhibit spin glass properties. A qualitative phase diagram of the system magnetic states is constructed.