1 Институт физики им. Л.В. Киренского, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия 2 Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия 3 Институт химии и химической технологии, ФИЦ КНЦ СО РАН, Красноярск, Россия a) miagkov@iph.krasn.ru
АбстрактРассмотрены изменения структурных и магнитных свойств трехслойных пленочных систем Bi/Mn/Bi и Mn/Bi/Mn эквиатомного состава в процессе вакуумного отжига. Отжиг пленок Bi/Mn/Bi при температуре 270С в течение часа приводит к синтезу хорошо исследованной высоко ориентированной низкотемпературной LT-MnBi(001) фазы с перпендикулярной магнитной анизотропией Ku ~ 1.1·10 7 эрг/см 3 и коэрцитивной силой HC ~ 1.5 кЭ. В отличие от Bi/Mn/Bi в Mn/Bi/Mn пленках при тех же условиях отжига происходит формирование поликристаллических LT-MnBi нанокластеров.В этих пленках обнаружена большая, превышающая анизотропию формы, вращающаяся магнитная анизотропия, заключающаяся в том, что в магнитных полях выше коэрцитивной силы Н =12 кЭ > НC = 9.0 кЭ легкая ось анизотропии с учетом угла отставания может быть ориентирована в любом пространственном направлении. Обосновывается, что природа вращающейся магнитной анизотропии обусловлена структурным сосуществованием эпитаксиально связанных LT-MnBi и QHTP -Mn1.08Bi фаз. Наши результаты экспериментально доказывают, что кроме плоскостных и перпендикулярных плёночных сред существует класс магнитных плёночных материалов с пространственно настраиваемой лёгкой осью.
Введение.Ферромагнитные свойства и получение интерметаллических компаундов MnBi широко изучаются, как возможная замена редкоземельных металлов в производстве постоянных магнитов [1-4] и магнитных сред для магнито-оптической записи пленок [5][6][7]. Одним из основных магнитных MnBi компаундов является низкотемпературная фаза LT-MnBi, которая имеет высокую анизотропию и относительно высокую намагниченность, большое фарадеевское вращение [5][6][7]. С увеличением температуры выше 633K (360°С) LT-MnBi превращается в парамагнитную высокотемпературную фазу HTP-MnBi, которая при быстрой закалке переходит в ферромагнитную QHTP-Mn1.08Bi фазу. При комнатной температуре закалённая QHTP-Mn1.08Bi термически нестабильна и медленно преобразуется в течении двух лет в стабильную LT-MnBi фазу [7]. Предполагается, что этот переход происходит через неизвестные метастабильные третьи фазы [8][9][10], включая квазикристаллическую фазу [11]. Хотя первопринципные вычисления предполагают при частичной замене Mn на другие переходные металлы стабилизацию LT-MnBi структуры [12,13], однако малые Rh и Mn добавки в LT-MnBi стабилизируют орторомбическую фазу, структурные и магнитные свойства, которой близки к высокотемпературной фазе HTP-Mn1.08Bi [14,15].В пленочных системах наблюдается асимметрия в химическом перемешивании на интерфейсе Bi с Mn при синтезе LT-MnBi плёнок в зависимости от последовательности осаждаемых слоёв [7,10]. При последовательном осаждении на подложку первого слоя Mn и второго слоя Bi (Bi/Mn образцы) для синтеза LT-MnBi в температурном 225°С -