Нетривиальные явления в магнитных нанокомпозитах Co/Al₂O₃ и Co/SiO₂

Abstract

Магнитные нанокомпозиты (МНК), в которых наночастицы ферромагнитных металлов распределены в широкозонной диэлектрической матрице (Al₂O₃ или SiO₂), являются перспективными материалами для электроники благодаря возможности управления их свойствами путем технологического варьирования размерами и концентрацией ферромагнитных наночастиц. Слои МНК Co/Al₂O₃ и Co/SiO₂ с концентрациями Со ниже порога перколяции были осаждены на поликоровые подложки методом электроннолучевого напыления в вакууме (EB-PVD). Сканирующая электронная микроскопия показала наличие в МНК плотно упакованных зерен Со неправильной формы с размерами 5–50 нм. Проведены низкотемпературные измерения намагниченности МНК Co/Al₂O₃ в диапазоне температур 4–300 К и магнитных полях до 10 кЭ. Обнаружен «магнитный обменный сдвиг», который увеличивается с возрастанием концентрации Со. Путем исследований электрических свойств в МНК Co/Al₂O₃ и Co/SiO₂ в диапазоне температур 77–280 К установлен прыжковый механизм транспорта электронов моттовского типа. В МНК Co/Al₂O₃ нами впервые обнаружен эффект гигантской положительной термоэдс в магнитном поле, а в МНК Co/SiO₂ — эффект отрицательной магнитотермоэдс.

Магнітні нанокомпозити (МНК), в яких наночастинки феромагнітних металів розподілені у широкозонній діелектричній матриці (Al₂O₃ або SiO₂), є перспективними матеріалами для електроніки через можливість управління їх властивостями шляхом технологічного управління розмірами та концентрацією феромагнітних наночастинок. Шари МНК Co/Al₂O₃ та Co/SiO₂ з концентраціями Со нижче порога перколяції були осаджені на полікорові підкладки методом електроннопроменевого напилення в вакуумі (EB-PVD). Скануюча електронна мікроскопія показала наявність в МНК щільно упакованих зерен Со неправильної форми з розмірами 5–50 нм. Проведено низькотемпературні вимірювання намагніченості МНК Co/Al₂O₃ в діапазоні температур 4–300 К та магнітних полях до 10 кЕ. Виявлено «магнітний обмінний зсув», який збільшується зі зростанням концентрації Со. Шляхом досліджень електричних властивостей в МНК Co/Al₂O₃ та Co/SiO₂ в діапазоні температур 77–280 К встановлено стрибковий механізм транспорту електронів моттовського типу. В МНК Co/Al₂O₃ нами вперше було виявлено ефект гігантської позитивної термоерс у магнітному полі, а в МНК Co/SiO₂ — ефект від’ємної магнітотермоерс.

Magnetic nanocomposites (MNC), in which nanoparticles of ferromagnetic metals are distributed in a wide-gap dielectric matrixes (Al₂O₃ or SiO₂2), are perspective materials for electronics due to the ability to give them necessary properties by technological control of the concentration and size of ferromagnetic nanoparticles. Co/Al₂O₃ and Co/SiO₂ MNC layers with Co concentrations below the percolation threshold were deposited on polycor substrates using electron-beam deposition in vacuum (EB-PVD). Scanning electron microscopy showed the presence of tightly packed Co grains of irregular shape with sizes of 5–50 nm in MNC. Low-temperature measurements of the magnetization for MNC Co/Al₂O₃ were made in the temperature range 4–300 K and magnetic fields up to 10 kOe. The “magnetic exchange bias” has been detected and it increases with Co concentration growing. By studying the electrical properties of the MNC Co/Al₂O₃ and Co/SiO₂ in the temperature range of 77–280 K, Mott type electron transport hopping mechanism was established. We first observed the effect of a giant positive thermoelectric power in a magnetic field in MNC Co/Al₂O₃ and the effect of a negative magnetothermoelectric power in a Co/SiO₂.