Синтез и исследование ультратонких эпитаксиальных пленок сплава палладий-железо и гетероструктур на их основе тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Исмаили Алириза Мостафа

• Исмаили Алириза Мостафа
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Исмаили Алириза Мостафа

Введение

Глава 1. Основные понятия магнетизма. Ферромагнитные сплавы палладий-железо

1.1. Магнитные моменты и магнитная восприимчивость

1.2. Диамагнетизм

1.3. Парамагнетизм

1.4. Ферромагнетизм

1.5. Ферромагнетизм в тонких пленках

1.5.1. Магнитокристаллическая анизотропия

1.5.2 Магнитная дипольная анизотропия (анизотропия формы)

1.5.3 Поверхностная анизотропия

1.5.4 Магнитоупругая анизотропия

1.6. Магнитные домены и гистерезис

1.7. Магнетизм в металлах

1.7.1. Парамагнетизм Паули

1.7.2. Ферромагнетизм коллективизированных электронов

1.8. Магнитные свойства сплавов палладий-железо

1.8.1. Палладий (Рё)

1.8.2. Железо (Бе)

1.8.3. Сплавы палладий-железо (Рё-Бе) с концентрацией железа менее 10%. Объемная форма

1.8.4. Тонкие пленки сплавов палладий-железо (Рё-Бе) с концентрацией железа менее 10%

Глава 2. Трехстадийная технология синтеза тонких эпитаксиальных пленок сплава Pd1-xFex и характеризация их структуры

2.1. Введение

2.2. Молекулярно-лучевой синтез тонких эпитаксиальных пленок

сплава Pdl-xFex (х < 0.10)

2.2.1. Молекулярно-лучевая эпитаксия

2.2.2. Подготовка подложек и исходных материалов для испарения

2.2.3. Трехстадийная процедура синтеза эпитаксиальных пленок сплава Pdi-xFex (x < 0.10)

2.3. In situ характеризация структуры и состава эпитаксиальных пленок Pdi-xFe x

2.3.1. Дифракция низкоэнергетических электронов (,5H3=LEED)

2.3.2. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС=XPS)

2.4. Ex situ характеризация морфологии и структуры эпитаксиальных пленок Pd1-xFex

2.4.1. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ=БЕМ)

2.4.2. Атомно-силовая микроскопия (ACM=AFM)

2.4.3. Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ=ТЕМ)

2.4.4. Рентгеновский дифракционный анализ (PCA=XRD)

2.5. Выводы

Глава 3. Магнитные и магниторезонансные свойства тонких эпитаксиальных пленок Pd1-xFex

3.1. Введение

3.2. Исследование зависимости магниторезонансных свойств эпитаксиальных пленок Pd1-xFex от концентрации железа

3.2.1. Ферромагнитный резонанс в различных геометриях

3.2.2. Геометрия ФМР измерений «в плоскости»

3.2.3. Геометрия ФМР измерений «вне плоскости»

3.2.4. Теоретическая модель ферромагнитного резонанса в тонкой пленке Pd1-xFex

3.2.5. Экспериментальная зависимость параметров модели анизотропии от концентрации железа в Pd^xFex

3.3. Статические магнитные свойства тонких эпитаксиальных пленок Pd1-xFex с различной концентрацией железа

3.3.1. Вибрационная магнитометрия

3.3.2. Зависимость магнитного момента от температуры, магнитного момента насыщения и температуры ферромагнитного упорядочения от

концентрации железа в Рё^ех

3.3.3. Зависимость магнитного гистерезиса от температуры и концентрации железа в Рё1-хБех

3.4. Сравнение с моделями магнетизма разбавленных ферромагнитных сплавов

3.4.1. Зависимость магнитного момента от температуры

3.4.2. Концентрационная зависимость температуры ферромагнитного упорядочения

3.5. Выводы

Глава 4. Эпитаксиальный рост, структура, магнитные и магниторезонансные свойства эпитаксиальных пленок Pd1-xFex на подложке из сверхпроводящего монокристаллического нитрида ванадия

4.1. Введение

4.2. Эпитаксиальный рост пленок Рёь^ех на монокристаллической подложке нитрида ванадия (УК)

4.3. Магниторезонансные свойства и модель магнитной анизотропии эпитаксиальных пленок Рёь^ех на подложке УК

4.4. Статические магнитные свойства эпитаксиальных пленок Рёь^ех на подложке УК

Заключение

Список публикаций автора по теме диссертации

Список цитированной литературы

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Синтез и исследование ультратонких эпитаксиальных пленок сплава палладий-железо и гетероструктур на их основе»

Актуальность темы.

Ультратонкие и тонкие магнитные металлические пленки открывают новый путь для развития технологических приложений [1,2]. Их магнитные свойства невозможно реализовать в объемных структурах. В последние десятилетия во многих работах для ферромагнитных и сверхпроводящих систем исследовались пленки разбавленных ферромагнитных сплавов [3-12].

Сплавы палладий-железо (Pd-Fe) являются уникальным классом ферромагнитных ^М) материалов. Ферромагнетизм устанавливается уже при меньшем, чем 1 ат.%, количестве атомов Fe, растворенных в палладиевой матрице [13,14]. Палладиевый растворитель-«хозяин» представляет собой усиленный парамагнетик Паули, близкий к переходу в ферромагнитное состояние. Изолированный атом железа, из-за гибридизации его 3d электронов с электронами хозяина, намагничивает мобильные электроны палладия вокруг, формируя локализованный магнитный полярон - «пузырек» намагниченных электронов, распространяющийся на несколько десятков атомов-хозяев [13]. При концентрации выше 1 ат.%, когда магнитные поляронные облака начинают перекрываться, дальний ферромагнитный порядок устанавливается перколяционным образом [15]. Исследования объемных материалов показали, что энергия взаимодействия между магнитными моментами в сплаве [13] зависит от расстояния между примесями Fe пропорционально перекрытию поляризационных облаков, и температура ферромагнитного перехода Тй. сплавов Pd-Fe зависит от концентрации железа в сплаве. Таким образом, сплав палладий-железо представляет уникальную возможность подобрать ферромагнитный металл с подходящий для конкретного приложения температурой ферромагнитного перехода, варьируя концентрацию железа.

Недавний ренессанс интереса к сплавам Pd1-xFex вызван потенциальными приложениями в сверхпроводящей спинтронике (супертронике) [5,6,18,19,712,16,17]. Последняя основана на физике тонкопленочных джозефсоновских переходов со слабыми связями из ферромагнитного металла с диэлектрическим туннельным слоем (джозефсоновские п-контакты [5,6,1821,7-12,16,17]). Сплав Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) с толщиной слоев 10-30 нм по своим магнитным характеристикам хорошо подходит в качестве материала для слабой ферромагнитной связи, однако, в тонкопленочной форме он исследован фрагментарно. В частности, в литературе практически отсутствуют работы по приготовлению и характеристикам эпитаксиальных пленок и гетероструктур сплавов Pd1-xFex с концентрацией железа 1-10 ат.% и в диапазоне толщин 1030 нм. Из сказанного выше ясно, что в силу малой толщины, составляющей несколько десятков атомных монослоев, его магнитные свойства будут кардинально отличаться от таковых для объемного материала. Поскольку именно этот диапазон параметров интересен для супертроники, синтез и систематические исследования магнитных свойств тонких эпитаксиальных пленок сплавов Pd1-xFex являются актуальными задачами сегодняшнего дня.

Целью данной научной квалификационной работы является

разработка технологий синтеза тонких (толщиной 10-30 нм) эпитаксиальных пленок сплавов Pd1-xFex, в том числе в составе эпитаксиальных гетероструктур на их основе, в условиях сверхвысокого вакуума и систематическое исследование их структурных и магнитных свойств для различных концентраций железа в сплаве.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. анализ имеющихся подходов к обеспечению эпитаксиального роста тонких пленок металлического палладия на различных подложках, выбор

подложки и верификация существующих технологий на имеющемся оборудовании;

2. разработка технологии молекулярно-лучевого синтеза тонких (толщиной 10-30 нм) эпитаксиальных пленок сплавов Pd1-xFex на подложке монокристаллического оксида магния (MgO) в условиях сверхвысокого вакуума;

3. отработка комплекса методик исследования структуры (дифракция низкоэнергетических электронов, рентгеновский структурный анализ) морфологии (сканирующая электронная микроскопия, атомная силовая микроскопия) для установления и контроля гладкости, монокристалличности, эпитаксиальности и решеточных параметров полученных пленок;

4. отработка методик обработки экспериментальных данных измерений ферромагнитного резонанса и количественной интерпретации угловых зависимостей резонансного поля, установление симметрии и определение величин констант магнитной анизотропии для пленок сплава палладий-железо толщиной 20 нм с различными концентрациями железа;

5. отработка методик измерений, обработки экспериментальных данных зависимости магнитного момента от температуры и магнитного поля, установление концентрационной зависимости температуры магнитного упорядочения, магнитного момента насыщения, коэрцитивных полей тонких пленок сплава Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) толщиной 20 нм; сопоставление полученных данных на соответствие существующим моделям магнетизма разбавленных сплавов;

6. разработка технологии молекулярно-лучевого синтеза эпитаксиальных пленок сплава Pd1-xFex на подложке сверхпроводящего нитрида ванадия (VN) в составе гетероструктуры MgO/VN/Pd1-xFex и измерения их структурных и магнитных свойств.

Научная новизна работы заключается в том, что:

1. впервые разработана оригинальная технология молекулярно-лучевого синтеза тонких (толщиной 10-30 нм) монокристаллических эпитаксиальных пленок сплавов Pd1-xFex на подложке монокристаллического оксида магния (М^О) в условиях сверхвысокого вакуума; синтезирована серия образцов с различным содержанием железа в интервале 1-10 ат.%; доказан эпитаксиальный характер роста полученных пленок;

2. разработаны методики комбинированных измерений магнитных свойств тонких пленок сплавов Pd1-xFex методами ферромагнитного резонанса и магнитометрии и обработки экспериментальных данных с использованием теоретических моделей; впервые установлены концентрационные зависимости температуры магнитного упорядочения, магнитного момента насыщения, коэрцитивных полей и величин констант магнитной анизотропии эпитаксиальных пленок сплава Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) толщиной 20 нм;

3. впервые разработана технология приготовления тонких эпитаксиальных пленок сплава палладий-железо на монокристаллической подложке сверхпроводящего нитрида ванадия (У^ в составе гетероструктуры MgO/VN/Pd1-xFex; измерены их магнитные характеристики и сравнены с таковыми на монокристаллической подложке оксида магния.

Научная и практическая значимость состоит в том, что:

1. найдена подходящая подложка и разработаны режимы трехстадийного процесса молекулярно-лучевого синтеза тонких (толщиной 10-30 нм) эпитаксиальных пленок сплава палладий-железо Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) на подложке монокристаллического оксида магния; разработанная технология синтеза высококачественных эпитаксиальных слоев сплава палладий-железо

может быть применена при изготовлении гетероструктур для спинтронных устройств, включая сверхпроводящую спинтронику;

2. получена база данных магнитных свойств (температуры ферромагнитного перехода, магнитного момента насыщения, коэрцитивных полей и величин констант магнитной анизотропии) монокристаллических эпитаксиальных пленок сплава палладий-железо Pdl-xFex в диапазоне концентраций железа 1-10 ат.%, ориентируясь на которую можно подобрать состав сплава, позволяющий реализовать функциональные свойства конкретных элементов спинтронных устройств (памяти, программируемой логики, бездиссипативных токозадающих цепей и т.п.);

3. разработана технология молекулярно-лучевого синтеза тонких (толщиной 10-30 нм) эпитаксиальных пленок сплава палладий-железо Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) на подложке монокристаллического нитрида ванадия, исследованы их магнитные и магниторезонансные свойства; разработанная технология является технологическим этапом к синтезу многослойных эпитаксиальных функциональных гетероструктур сверхпроводник-ферромагнетик.

На защиту выносятся следующие положения:

1. разработанный оригинальный трехстадийный технологический процесс молекулярно-лучевого синтеза тонких (толщиной 10-30 нм) эпитаксиальных пленок сплава палладий-железо Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) на подложке монокристаллического оксида магния (MgO) позволяет контролировать состав пленки, обеспечить эпитаксию типа «куб-на-кубе», монокристаллическую структуру пленки и ее морфологическое совершенство;

2. комбинация методов ферромагнитного резонанса и вибрационной магнитометрии позволяет определить недоступный другим методом набор

значений температуры ферромагнитного упорядочения, магнитного момента насыщения, коэрцитивных полей и констант магнитной анизотропии полученных тонких пленок сплава палладий-железо Pd1-xFex (х = 0.01-0.1), установить их концентрационные зависимости, которые являются специфичными для эпитаксиальных тонких пленок в сравнении с объемными материалами того же состава;

3. разработанный технологический процесс молекулярно-лучевого синтеза тонких (толщиной 10-30 нм) эпитаксиальных пленок сплава палладий-железо Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) на подложке монокристаллического нитрида ванадия (У^ в составе гетероструктуры MgO/VN/Pd1-xFex позволяет получать пленки с заданным составом, обладающие высоким кристаллическим совершенством, а развитые автором ранее методы исследования - получить данные о статических магнитных и магниторезонансных свойствах.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечена:

- применением наиболее современного высокоточного оборудования мирового класса для обеспечения условий синтеза образцов и контроля их структуры и морфологии;

- применением наиболее современного высокоточного оборудования мирового класса для измерений магнитных и магниторезонансных свойств полученных образцов;

- применением современных, хорошо апробированных теоретических моделей для обработки и интерпретации экспериментальных данных.

Публикации.

Материалы диссертации опубликованы в следующих статьях:

1. Esmaeili, A. Epitaxial growth of thin Pd1-xFex films on MgO single crystal / A. Esmaeili, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, I.R. Vakhitov, B.F. Gabbasov, A.G. Kiiamov, A.M. Rogov, Yu.N. Osin, A.E. Denisov, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Thin Solid Films (Elsevier). - 2019. - V.669. - P.338-344; DOI 10.1007/s00723-017-0946-1 (WoS IF(2017) = 1.939).

2. Esmaeili, A. Epitaxial thin-film PdhFe* alloy - a tunable ferromagnet for superconducting spintronics / A. Esmaeili, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, I.R. Vakhitov, B.F. Gabbasov, R.V. Yusupov, D.A. Tatarsky, L.R. Tagirov // Science China Materials (Springer). - 2021. - V.64,N5. - P.1246-1255; DOI: 10.1007/s40843-020-1479-0 (WoS IF(2020)= 6.098).

3. Esmaeili, A. FMR studies of ultra-thin epitaxial Pd0.92Fe0.08 film / A. Esmaeili, I.R. Vakhitov, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, B.M. Khaliulin, B.F. Gabbasov, M.N. Aliyev, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Applied Magnetic Resonance (Springer). - 2018. - V.49,N2. - P.175-183; DOI 10.1007/s00723-017-0946-1 (WoS, IF(2017) = 0.864).

4. Esmaeili, A. Ferromagnetic Resonance Study of the Epitaxial VNZPd0.96Fe0.04 thin film heterostructure on MgO substrate / A. Esmaeili, W.M. Mohammed, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, I.R. Vakhitov, B.F. Gabbasov, A.G. Kiiamov, M.N. Aliyev, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Magnetic Resonance in Solids. EJ. - 2019. - V.21. - Art. 19407(9); DOI: 10.26907/mrsej-19407 (WoS, SCOPUS, CPD2=0.840).

Апробация работы.

Результаты докладывались и обсуждались на следующих всероссийских

и зарубежных конференциях:

1. Esmaeili, A. FMR studies of ultra-thin epitaxial Pd1-xFex films / A. Esmaeili, I.R. Vakhitov, N.P. Nikitin, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, B.M. Khaliulin,

B.F. Gabbasov, M.N. Aliyev, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Modern development of magnetic resonance: Abstracts of the International conference (Kazan, September 25-29, 2017). - Казань: Издательство КФТИ КазНЦ РАН, 2017. - С.Ш-112.

2. Esmaeili, A. Ultra-thin Pd(1-x)Fe(x) films synthesis and studies of their composition, morphology, structural and magnetic properties / A.Esmaeili, I.R. Vakhitov, N.P. Nikitin, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, B.F. Gabbasov, A.M. Rogov, M.N. Aliyev, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Moscow International Symposium on Magnetism MISM-2017, 1-5 July, 2017, Book of Abstracts. -Moscow: PrintLETO, 2017. - P. 242.

3. Esmaeili, A. Синтез и магнитные свойства тонких пленок Pd1-xFex, полученных методами магнетронного распыления и молекулярно-лучевой эпитаксии / A. Esmaeili, Н.П. Никитин, И.В. Янилкин, И.Р. Вахитов, А.И. Гумаров, М.Н. Алиев, Р.В. Юсупов, Л.Р. Тагиров // Физика низкотемпературной плазмы (ФНТП-2017): сборник тезисов Всероссийской (с международным участием) конференции (5-9 июня 2017 г.). - Казань: Изд-во «Отечество«, 2017. - С.254.

4. Tagirov, L.R. Ultra-thin PdFe alloys and heterostructures for cryo-spintronics / L.R. Tagirov, I.V. Yanilkin, I.R. Vakhitov, A.I. Gumarov, A. Esmaeili, R.V. Kadiroglu, M.N. Aliyev, R.I. Khaibullin // International Conference «Modern trends in condensed matter physics», MTCMP-2018, Baku 24-26 September 2018. - Abstracts. - P. 138.

5. Mohammed, W. Synthesis and Ferromagnetic Resonance Studies of Epitaxial VN/Pd0.96Fe0.04 Heterostructure Grown on Single-Crystalline MgO Substrate / W. Mohammed, R.V. Yusupov, I.V. Yanilkin, I.R. Vakhitov, A.I. Gumarov, A.M. Esmaeili, M.N. Aliyev, L.R. Tagirov // International Conference

"Magnetic Resonance - Current State and Future Perspectives". - September 2327, 2019 Kazan, Russia. - Book of ABSTRACTS. - P.81.

Личный вклад автора.

Автор активно участвовал в анализе научной литературы, в отработке условий и синтезе образцов методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Кроме того, автор проводил анализ экспериментальных данных, сравнение экспериментальных и теоретических результатов и представлял результаты на научных конференциях. Совместно с научным руководителем и соавторами участвовал в обсуждении полученных результатов, их интерпретации и подготовке рукописей статей для публикаций в научных журналах.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, обзорной главы, трех оригинальных глав, заключения и списков авторской и цитированной литературы. Работа изложена на 133 страницах, включая 42 рисунка и 5 таблиц. Библиографический список содержит 140 наименований.

Благодарности.

Автор благодарен научному руководителю, проф. Тагирову Л.Р., за постановку задач и создание условий для из выполнения, сотрудникам Института физики КФУ, Юсупову Р.В., Усеинову Н.Х., Киямову А.Г., Янилкину И.В., Вахитову И.Р., Гильмутдинову И.Ф, Гумарову А.И., Рогову А.М. за помощь в измерениях и обработке экспериментальных данных.

Глава 1. Основные понятия магнетизма. Ферромагнитные сплавы палладий-железо

1.1. Магнитные моменты и магнитная восприимчивость

Собственные магнитные свойства атомов имеют два возможных источника. Орбитальное движение электронов приводит к орбитальному магнитному моменту, а их фермионная природа требует существования полуцелого спина (1/2 для электрона), связанного со спиновым магнитным моментом. Квантово-механическое соотношение (1.1) описывает магнитный момент, связанный с круговым движением электрона, также называемый орбитальным магнитным моментом [1,22]. Используя магнетон Бора, мы можем записать в общем случае:

(т1) = -^(12) = -^-т1П, (Ы)

ек

где = -е— (9.27401x10 24 Дж/Тл) - магнетон Бора, поэтому орбитальный

2те

момент импульса определяется собственными значениями оператора момента количества движения, (12), т.е. т¿к (в единицах [к]). Кроме того, сам электрон имеет собственный угловой момент, или спин, с полуцелым спиновым квантовым числом Б = к/2 и наблюдаемыми проекциями Бг = ±к/2. Спиновый магнитный момент дается следующим выражением [22]:

(т*) = -д3^(8г\ (1.2)

где д5 - фактор Ланде (д5 ^ 2 для электронов). Полный магнитный момент определяется суммой спиновых и орбитальных магнитных моментов:

(т!0 <) = №) + №). (1.3)

Наиболее важными параметрами, характеризующими магнитное поведение материалов в простейшем случае, являются [23]:

1. Намагниченность М, определяемая как сумма магнитных моментов, деленная на объем (V):

м = ^ (1.4)

Намагниченность измеряется в системе единиц СИ в А м-1 (ампер на метр).

2. Магнитная восприимчивость х, определяемая как намагниченность, деленная на напряженность магнитного поля [24]:

* = ^ (1.5)

Магнитная восприимчивость безразмерна.

3. В случае материалов, которые обладают спонтанным магнитным порядком, температура упорядочения являются наивысшей температурой, для которых этот порядок обнаруживается. Это температура Кюри Тс ферромагнетиков и температура Нееля Ти для антиферромагнетиков и ферримагнетиков.

4. Магнитная проницаемость ¡, определяемая как

м = |И. 0.6)

где В - магнитная индукция, или плотность магнитного потока; ^ измеряется в Генри на метр (Б1). Магнитная индукция в веществе зависит от напряженности магнитного поля Н и намагниченности М и определяется формулой

В = ^0(Н + М) (1.7)

где = 4п X 10-7Нт-1 (Генри на метр) - проницаемость вакуума, или магнитная постоянная, и в единицах магнитной индукции, В - Тесла (Т). В вакууме выражение сводится к В = д0Я.

Таблица 1.1 - Классификация материалов по магнитным свойствам [24].

Тип магнетизма

Величина магнитной восприимчивости

Атомное/магнитное Упорядочение

Диамагнетизм

Маленькая и отрицательная

Парамагнетизм

Маленькая и положительная

Ферромагнетизм

Большая и положительная, функция приложенного магнитного поля

Антиферромагнетизм

Маленькая и положительная, как в парамагентизме

Ферримагнетизм

Большая и положительная, функция приложенного магнитного поля

Восприимчивость х позволяет классифицировать различные магнитные материалы. Предполагая изолированные невзаимодействующие атомы, можно выделить два класса магнитных материалов, т. е. материалы с х < 0 (диамагнитные) и х > 0 (парамагнетики). При наличии взаимодействия между составляющими конденсированное вещество магнитными атомами, оно переходит в разряд сильных магнетиков: ферромагнетиков, антиферромагнетиков и феримагнетиков (см. классификацию в Таблице 1.1). Для настоящей работы важны три типа магнетизна, диамагнетизм, парамагнетизм и ферромагнетизм, на которых мы остановимся подробнее.

1.2. Диамагнетизм

Диамагнетизм возникает в любом материале и представляет собой намагниченность, индуциированную орбитальным движением электронов во внешнем магнитном поле. Это означает, что собственные магнитные моменты атомов отсутствуют. Диамагнетики характеризуются слабой отрицательной восприимчивостью х < 0. Магнитные моменты, индуцированные внешним магнитным полем, ориентированы так, что они противодействуют приложенному магнитному полю, что классически объясняется правилом Ленца. Однако квантово-механический подход дает выражение для х (в предположении сферически-симметричного атома) в виде [25,26]

х=-пт2^ с«)

где N есть число атомов в объеме V, а (г^ ) есть средний квадрат расстояния от ядра до электрона. Диамагнитная восприимчивость постоянна и не зависит

от темпертатуры, а диамагнитный момент пропорционален напряженности приложенного магнитного поля.

1.3. Парамагнетизм

Второй класс - это материалы с положительной восприимчивостью, парамагнетики. Парамагнетизм возникает, если у составляющих вещество атомов существуют собственные магнитные моменты. Эти моменты ориентированы случайным образом из-за тепловых флуктуаций, так что они приводят к нулевой суммарной намагниченности. Если к такому веществу приложить внешнее поле, магнитные моменты частично выстраиваются вдоль направления магнитного поля. Выстраивание магнитных моментов - это конкурентный процесс между разупорядочивающим действием температуры и упорядочивающим действием магнитного поля, поэтому результирующий магнитный момент зависит и от поля, и от температуры как МкВ/Г. Парамагнетизм возникает только при наличии у атомов собственных магнитных диполей, которые представляют собой суперпозицию нескомпенсированных спинов и орбитальных моментов. Эти моменты могут быть порождены локализованными электронами (парамагнетизм Ланжевена) или делокализованными электронами (парамагнетизм Паули, см. ниже).

В рамках квантово-механического подхода к парамагнетизму, отталкиваются от положения, что магнитный атом имеет угловой момент / с 2/ + 1 (от —]Н до +/Н) проекциями на ось квантования определяется собственным значением и модулем /2 = ](] + 1)Н2. Далее для краткости постоянную Планка Н будем опускать. Для больцмановского распределения вероятности обнаружить каждое из 2/ + 1 состояний углового момента во внешнем магнитном поле, из статистических соображений получаем [24], что

м/мГв,(у),у = ик^в, (1.9)

где В](у) есть функция Бриллюэна, ду - §-фактор Ланде, кв - постоянная Больцмана, а М3 - намагниченность насыщения М3 = N/у д]^в].

В^^о^у)-^^). (1.10)

При ] ^ ж функция Бриллюэна вырождается в функцию Ланжевена Ь(у) = соШ(у) — 1/у. Этот случай представляет собой классический предел, когда магнитный момент может принимать любое направление, число которых не ограничено.

Если энергия момента в магнитном поле (числитель у) мала по стравнению с тепловой энергией (знаменательу), у « 1, и Ву(у) = —у. Отсуюда восприимчивость парамагнетика может быть представлена в виде

х = (1.11)

Восприимчивость можно переписать в более употребимом виде с использованием константы Кюри С:

х = с-,С=^0^. (1.12)

Выражение (1.12) - не что иное, как закон Кюри, справедливый при высоких температурах.

1.4. Ферромагнетизм

Материал называется ферромагнетиком, если он проявляет спонтанную намагниченность даже без приложения внешнего поля. Ферромагнетизм возникает из-за взаимодействия магнитных моментов атомов и заключается в

установлении дальнего порядка во взаимной ориентации взаимодействующих магнитных моментов - в ферромагнетике они выстраиваются параллельно.

Источник магнитного момента в ферромагнитных материалах.

Момент магнитных твердых тел почти исключительно происходит из частично заполненных внутренних электронных оболочек атомов переходных металлов. Особое значение имеют переходные металлы (3ё-элементы) ряда железа: Бе, Со и N1, а также редкоземельные, или 41-элементы, такие, как Бш и Оё, атомы которых обладают собственным магнитным моментом. С другой стороны, элементы палладиевого ряда (4ё), платинового ряда (5ё) и актинидов (51} также могут иметь магнитный момент в подходящем кристаллическом окружении [27]. Электроны внутренней оболочки приводят к магнитному моменту т, который измеряется в магнетонах Бора. Часто не все состояния орбитального мультиплета участвует в формирование магнитного момента, поскольку его уровни энергии расщепляются в кристаллическом поле окружения магнитного момента.

Обмен. Спонтанный магнитный момент и намагниченность реализуются посредством взаимодействия между электронами. Обменное взаимодействие представляет собой квантово-механический эффект, который увеличивает или уменьшает энергию системы электронных спинов при перекрытии их волновых функций [28,29]. По сути дела, они имеют тенденцию выравнивать соседние спины в ферромагнетике параллельно, преодолевая тепловые флуктуации, которые стремятся разупорядочить любой порядок атомного уровня. Это создает спонтанную намагниченность и приводит к образованию магнитного дальнего порядка. Обменное взаимодействие представляет собой чистый квантовый механический эффект, не имеющий классического аналога. Поскольку электроны являются неразличимыми фермионами, они

подчиняются принципу исключения Паули. Мы можем получить энергию обменного взаимодействия в простейшем примере двухэлектронной системы, которая подчиняется принципу исключения Паули. Предположим, что волновая функция есть ф^?^ для первого электрона и ф2(г2) для второго электрона. Полная волновая функция должна быть антисимметричной для двух неразличимых электронов. Тогда для пространственно-симметричной волновой функции,

^8(Г!.Г2) =^[0!(Г!)Ф2(Г2) + Ф2(Г!) ф^) ], (1.13)

спиновая волновая функция должна быть антисимметричной (спины антипараллельны), а для пространственно-антисимметричной волновой функции,

^лЙЛ) = ^[0!(Г!)02(Г2) - 02^) 01Й) ] - (1.14)

симметричной (спины параллельны). Если мы предположим потенциал взаимодействия К(тг!.'Г2) между двумя электронами симметричным, этим состояниям соответствуют энергии

= /^5*(Г!.Г2)^(Г!.^(Г!.Г2)ЙГ!ЙГ2, (1.15)

разность которых равна:

^ - Еа = 2/ = 2 / ФХАЖ(ЪЖА. Г2) 02Й) 01(Г2)ЙГ1ЙГ2. (1.16)

-» -» 3 11

Так как <>¿5^ = - - для симметричного состояния спина - и - для

антисимметричного, нетрудно проверить, что эффективный гамильтониан взаимодействия

Н = -4(Е5 + 3ЕА) — 2](51Б2) (1.17)

обладает такими же свойствами. Разность энергий между состояниями с параллельными спинами и антипараллельными спинами называется энергией обменного взаимодействия Гейзенберга. Хотя электрон-электронное взаимодействие между зарядами явно не зависит от электронного спина, оно приводит к спиновому обменному взаимодействию, так как электроны являются фермионами. В модели Гейзенберга обменный вклад в полную энергию можно записать в виде:

Е = (1.18)

где / - константа обменного взаимодействия (] > 0 для ферромагнетиков и ] < 0 для антиферромагнетиков), ^^ - спины ближайших соседних электронов I и у. При ] > 0 эта энергия обменного взаимодействия минимизируется, если все электроны спины имеют одно и то же направление - это и есть причина возникновения ферромагнетизма. Конкуренция между межатомным обменом и термическим беспорядком приводит к исчезновению спонтанной намагниченности при четко определенной температуре Кюри Тс.

Температура Кюри. Обменное взаимодействие Гейзенберга стремится сориентировать взаимодействующие магнитные моменты параллельно, тогда как тепловые флуктуации стремятся их разупорядочить. Конкуренция между межатомным обменом и термическим беспорядком приводит к возникновению и исчезновению спонтанной намагниченности при четко определенной температуре Кюри Тс. Из-за тепловых возбуждений спонтанная намагниченность М5 зависит от температуры [27]. Теория молекулярного поля Вейсса наиболее просто объясняет поведение ферромагнетиков [29-31]. Эта идея предполагает, что в ферромагнитном материале существует очень

сильное внутреннее магнитное поле (порядка 106 Э), создаваемое окружающими магнитными моментами. Это поле содействует упорядочению магнитных дипольных моментов, присутствующих в материале, преодолевая воздействие тепловой энергии при 0 < Т < Гс. Здесь Гс называется температурой Кюри, при которой происходит фазовый переход из парамагнитного в ферромагнитное состояние. Выше Гс ферромагнетик находится в парамагнитном состоянии с небольшой намагниченностью, наведенной внешним магнитным полем, если таковое имеется, но ниже Гс он обладает спонтанной намагниченностью, даже если внешнее магнитное поле равняется нулю.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Исмаили Алириза Мостафа, 2024 год

- (а)

-

9 Ехрепплеп1а1 Кигтт ^ — -КогепЫК-31пепс1ег-ЗЬк1оУ5ку ¡5»

200

ё150 100

50

9 Ехрептеги Т {х) — Mohn-Schwarz — • КогепЬП1-311епс)ег-311к1оузку ( э).

а с в Ехрептеп! М5(.г)

200

150 о"

3 с

100 3

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

т

0.00

0.02

0.04 0.06

Л

50

0.08

Рисунок 3.13 - (а) Зависимость нормированной намагниченности насыщения а от приведенной температуры т пленки Pdo,98Feo,o2 (сплошной символ) и ее соответствие двум теоретическим моделям (линии), см. легенду и основной текст; (б) Зависимость температуры Кюри Тс(х) от содержания железа х (черные символы) в пленках сплава Pdl-xFex. Сплошная синяя линия соответствует модели Мона-Шварца; а пунктирная линия соответствует модели Коренблита-Шендера-Шкловского. Зеленые символы -экспериментальная зависимость Ы$(х).

3.4.2. Концентрационная зависимость температуры ферромагнитного упорядочения

Расчет концентрационной зависимости температуры ферромагнитного упорядочения Те(х) в спин-флуктуционной модели был предложен Моном и Шварцем [54], в котором Те(х) представляется решением уравнения

А + 5БакТ + 35С(ак Т )г =

_ & - 1)2_/22Я(5 +1)

п

3кТ с

(3.19)

в котором A, B, и С - коэффициенты в разложении Ландау термодинамического потенциала по степеням намагниченности, а I - энергия обменного взаимодействия локализованных магнитных моментов магнитной

примеси со спином Б с делокализованными электронами матрицы, тВ = ¡иВ, п - концентрация магнитных примесных моментов (частиц на единицу объема). Так как левая часть уравнения отождествляется с обратной магнитной восприимчивостью палладия, значения отношений коэффициентов В/А и С/А фиксируются исходя из экспериментально измеренной восприимчивости палладия, рис. 1.5 (5БакВ/Л=172(35С(акВ)2/Л)К~1 из максимум восприимчивости Pd при Тщж ~ 86 К [13] и рис. 1.5, и 35С(акВ)2/Л = 1.4*10-5 К2 из /(Тща^МТ^) ~ 1.115, рис. 1.5). Плохо определенные постоянные параметры правой части уравнения (3.19) объединяются в подгоночный коэффициент ((Тс ■ г.И.б./Л) = 2920 К). Кривая Тс(.) из подгонки приведена на рис. 3.13(б) сплошной линией.

В перколяционной модели Коренблита-Шендера-Шкловского Тс(.) выражается простой формулой,

Гс = ^ехрС-^), (3.20)

в которой Я - радиус косвенного взаимодействия между магнитными примесями через матрицу, а ¥с и численные коэффициенты определяются теорией перколяции. Результат подгонки к нашему эксперименту показан на рис. 3.13(б) пунктирной линией (Ус = 650 ± 120 К, Я = 470 ± 40 рщ).

Наши выкладки показали, что оба подхода весьма неплохо ложатся на наши экспериментальные данные, однако, в подходе Коренблита-Шендера-Шкловского есть нестыковка параметра Я из подгонок М5(Т) и Тс(.) более, чем в 4 раза, что мы не можем объяснить. Мы склоняемся к выводу, что флуктуационная модель лучше подходит к случаю, когда магнитный момент матрицы доминирует, тогда модель Коренблита-Шендера-Шкловского - когда доминирует восприимчивость примеси при ее бОльших концентрациях.

3.5. Выводы

Магнитные и магниторезонансные исследования показали, что полученные эпитаксиальные тонкие пленки сплава палладий-железо Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) обладают высокой магнитной однородностью, определены величины и установлены концентрационные зависимости температуры ферромагнитного упорядочения, магнитного момента насыщения, коэрцитивных полей и величин констант магнитной анизотропии синтезированных пленок, являющиеся уникальными для исследованных тонкопленочных систем в их сравнении с объемными материалами. Сравнение с существующими моделями магнетизма разбавленных ферромагнитных сплавов показало адекватность описания наших экспериментальных данных предложенными в этих теориях зависимостями. Это, в свою очередь, дает исследователям инструмент интерполяции экспериментальных данных без приготовления образцов и измерений на редко встречающемся дорогостоящем оборудовании.

Глава 4. Эпитаксиальный рост, структура, магнитные и

магниторезонансные свойства эпитаксиальных пленок Р^-хРех на подложке из сверхпроводящего монокристаллического нитрида ванадия

4.1. Введение

Во многих экспериментальных и теоретических исследованиях описываются и предсказывают многочисленные проявления взаимного влияния между параметрами сверхпроводящего и ферромагнитного порядка [32,128-132]. Поскольку в ферромагнитном слое подзоны проводимости со спином «вверх» и «вниз» расщепляются обменным полем Нех, электроны куперовской пары с энергией Ферми обязательно имеют разные ^-импульсы

для спинов вверх и вниз и, следовательно, куперовские пары приобретают конечный импульс Лк [32]. Как следствие, волновая функция сверхпроводящего спаривания в ферромагнетике становится осциллирующей в пространстве. В этом заключается основное отличие от гибридов сверхпроводников с нормальными металлами, в которых волновая функция сверхпроводящего спаривания затухает экспоненциально.

Впечатляющим проявлением индуцированной сверхпроводимости в интересном для нас случае ферромагнитного металла является эффект Джозефсона в Б/Б/Б-переходах [67]. Именно на таких переходах строится сверхпроводящая спинтроника, основы которой заложены в экспериментальных работах [5-12,16,17].

Поэтому в настоящей работе, чтобы приблизиться к решению задач сверхпроводящей спинтроники, была разработана технология приготовления эпитаксиальных пленок Pd1-xFex на подложке монокристаллического нитрида ванадия УК в составе гетероструктуры М§0/У№^1-хРех.

Нитрид ванадия УК - сверхпроводник второго рода, критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние которого достигает 9.20 К [133]. Она практически эквивалентна температуре сверхпроводящего перехода массивного ниобия 9.25 К, наиболее широко используемого в сверхпроводящей электронике и спинтронике. Более того, кристаллическая решетка УК имеет кубическую симметрию с постоянной решетки 413.4 пм [134], которая находится между значениями для MgO (421,2 пм) и Pd1-xFex (~ 388,0 пм), таким образом, рассогласование решеток между УК и Pdl-xFex оказывается значительно меньше, что облегчает эпитаксиальный рост пленок сплава Pd1-xFex на УК по сравнению с М§0. Технология эпитаксиального роста УК на монокристаллической подложке М§0 является частью кандидатской диссертации Ваэля Мохаммеда (Египет, 2020) и потому не

приводится в данной работе. Для нашей работы монокристаллическая пленка сверхпроводящего VN кубической симметрии является подложкой для эпитаксиального роста на ней пленки кубического Pd1-xFex. Глава 4 написана по материалам статьи [А4].

4.2. Эпитаксиальный рост пленок Р^-хРех на монокристаллической подложке нитрида ванадия (У№)

Сначала, после процедуры приготовления подложки, описанной в Главе 2, в магнетронной камере с использованием метода реактивного магнетронного распыления, на нагретую до 500 С поверхность подложки Mg0(001) осаждалась пленка VN (15 нм). Ранее было показано, что эта пленка растет эпитаксиально, поэтому VN выполняет роль монокристаллической подложки для последующего роста пленки кубического Pd1-xFex. Затем, держатель с образцом был перемещен в камеру молекулярно-лучевой эпитаксии без нарушения сверхвысокого вакуума, половина поверхности образца была закрыта специальной управляемой заслонкой, а на открытую половину осажден слой Pd1-xFex толщиной 20 нм из двух эффузионных ячеек с предварительно калиброванными потоками атомов палладия и железа (см. рис. 4.1(а)). Для осаждения была использована трехстадийная технология, подробно описанная в Главе 2. Качество кристалличности получаемых в процессе осаждения слоев контролировались методом ДНЭ, и по соответствующей дифракционной картине было обнаружено, что рост как слоя нитрида ванадия, так и слоя сплава палладий-железо был монокристаллическим (см. рисунок 4.1(Ь)).

До эвакуации образцов из вакуумной системы концентрация железа в сплаве Pdl-xFex была измерена в аналитической камере методом РФЭС так, как это было описано в главе 2.

Рисунок 4.1 - (а) Схема гетероструктуры MgO/VN/Pd1-xFex, полученной в цикле синтеза эпитаксиальной пленки Pd1-xFex на подложке (б) Картины ДМЭ для подложки MgO (левое окно); VN (среднее окно); Pdl-xFex (правое) окно.

После эвакуации, разрезания образцов и выделения двух участков каждого: М§0/УК и М§0/УК^1^ех (непокрытых и покрытых сплавом палладий-железо, см. рис.4.1(а)), были выполнены следующие измерения:

(1) рентгеновской дифракции

(2) ферромагнитного резонанса;

(3) зависимости магнитного момента от температуры М(Т);

(4) петель гистерезиса М(Н).

Рисунок 4.2 показывает результаты РСА измерений на гетероструктуре М§0/УК/Рё1-хРех (рис. 4.2 (а) - 0-скан, рис. 4.2 (б) - ф-скан), проведенных по методике, описанной в Главе 2. Из рис. 4.2(б) видно, что пики при сканировании по углу ф повторяются через 90 градусов, причем пики слоя Pd0.96Fe0.04 находятся в точности под пиками слоя УК и далее, в точности под

пиками основной подложки - монокристаллического оксида магния MgO. Это означает, что все оба слоя, VN и Pd0.96Fe0.04 выросли эпитаксиально на Mg0(001), а мода эпитаксиального роста - куб-на-кубе. Измерения ДНЭ, рис. 4.1(б), и РСА, рис. 4.2 доказывают эпитаксиальный рост пленок Pd1-xFex на монокристаллических подложках VN.

(а)

10 -ю7

t Ю8 с

5

с Ю 104

юЧ

МдО (002)

PdFe/VN(15 пт)/МдО PdFe/VN(30 пт)/МдО

PdFe (002)

40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

Angle, 20

(б)

МдО (202)

180 240

p(degree)

Рисунок 4.2 - (а) рентгенограммы гетероструктуры MgO/VN/Pdo.96Feo.o4 (6>-скан); (б) ф-скан (см. рис. 2.16 и 2.17 из Главы 2 и текст, относящийся к ним).

4.3. Магниторезонансные свойства и модель магнитной анизотропии эпитаксиальных пленок Р^^ех на подложке VN

На рис. 4.3^) представлены спектры ФМР гетероструктуры VN/Pd0.96Fe0.04, измеренные в плоскостной и внеплоскостной геометрии при двух температурах: 20 К и 5 К. При 20 К слой VN находится в нормальном состоянии, тогда как, по измерениям проводимости, при 5 К он уже находится в сверхпроводящем состоянии (Тс ~ 5.2 К для гетероструктуры и Тс ~ 7.85 К для пленки нитрида ванадия). Эти результаты подтверждают легкоплоскостной характер магнитной анизотропии пленки, обусловленный доминирующим членом поля размагничивания [25,120].

Рисунок 4.3 - (a) Спектры ФМР VNZPd0.96Fe0.04 в геометрии «в плоскости (красная и черная линии)» и «вне плоскости» (синяя и зеленая линии), v = 9.416 ГГц. (б) Угловая зависимость резонансного поля ФМР эпитаксиальной гетероструктуры "VNZPd0.96Fe0.04 для плоскостной и внеплоскостной геометрии. Символы иллюстрируют экспериментальные данные; сплошная красная линия представляет собой аппроксимацию, включающую все члены уравнения плотности свободной энергии (3.9). Нулевое значение угла для внеплоскостной геометрии соответствует направлению [001], для плоскостной - [100].

Появление широкого СВЧ-поглощения в области слабых полей при 4.2 К является следствием возникновения сверхпроводимости в слое УК, его наблюдения и механизмы обсуждаются в работах [135-139]. Пучок узких линий, наблюдаемый в диапазоне 3000—4000 Э, представляет собой сигналы электронного парамагнитного резонанса, происходящие от примесей 3d-металлов в подложке MgO.

Полученные угловые зависимости резонансных полей были промоделированы, используя аналогичную методику, подробно описанную в разделе 3.2.2. Экспериментальные результаты для гетероструктуры VKZPdo.96Feo.o4 хорошо описываются тетрагональной моделью анизотропии (рис. 4.3 (б)). Однако, если сравнить величины констант магнитной анизотропии (рис. 4.4) пленок Pd1-xFex и гетероструктуры УК^0.96Ре0.04, то хорошо видно, что в бислойке тетрагональный вклад в энергию гораздо

меньше (величины Кр и К2 имеют меньшие значения, см. Табл. 4.1). Это может быть связано с лучшим структурным согласованием пленки Pdo.96Feo.o4 с УК, чем с М^О, и, следовательно, меньшими искажениями решетки в пленке

Pd0.96Fe0.04.

У1Ч/Рс1Ре I

и

80 60 40 20

-20 -40 -60 -80 -100 -120

14

Ре)

■ К1 • К2 А Кр

ААа А ▲ ■ •

»* ■ • — -- ■—

• 4 —-— к

4

•

1 1 2 1 С 1 5 С ■ 1 ■ 5 7 ( ■ 1 $ 9

Концентрация Ре (ат.%)

Рисунок 4.4 - Зависимость параметров модели магнитной анизотропии (3.9) от концентрации железа в сплаве Pdloo-xFex. В рамку выделены данные для гетероструктуры VN7Pdo.96Feo.o4.

Таблица 4.1. Параметры модели (3.9), полученные из подгонки к эксперименту для пленки Pdo.96Feo.o4 толщиной 20 нм, выращенной на поверхности монокристаллического эпитаксиального УК и на поверхности монокристаллического М§0(001) в сравнении

Образец М, э.м.е./см3 Кр, 104 эрг/см3 К1, 104 эрг/см3 К2, 104 эрг/см3

VN7Pdo.96Feo.o4 131±7 -0.01±0.11 -0.94±0.05 -1.87±0.14

Pdo.96Feo.o4 119±6 0.7±0.5 -061±0.05 -2.53±0.14

4.4. Статические магнитные свойства эпитаксиальных пленок Р^^вх на подложке УК.

Магнитные свойства тонкопленочной гетероструктуры VN/Pd0.96Fe0.04 исследованы методами вибрационной магнитометрии. Петли гистерезиса, измеренные при приложении магнитного поля вдоль плоскостных

направлений <110> и <100> подложки MgO, показаны на рис. 4.5. Форма петли для направления [100] предполагает, что это тяжелое плоскостное направление Pd0.96Fe0.04 пленки. Величина коэрцитивного поля ~8 Э, намагниченность насыщения 129 эме/см3. Форма петли хорошо описывается моделью Стонера-Вольфарта (3.17) с использованием константы кубической анизотропии измеренной методом ФМР (красная линия на рисунке 4.5 (б)). Петля магнитного гистерезиса, измеренная вдоль [110], имеет ступенчатый характер. Это связано с последовательным движением двух 90-градусных доменных стенок, подробно исследованным для эпитаксиальной пленки Pd0.92Fe0.08 в работе [140]. В изолированных пленках Pd1-xFex движение двух доменных стенок было практически неразрывным, поэтому разворот момента происходил достаточно резко (рис. 3.11 и 3.12). В гетероструктуре VN/Pd0.96Fe0.04 движение доменных стенок разделено по величинам магнитного поля: первая доменная стенка пробегает по пленке при поле ~3-4 Э, вторая при ~ 14-17 Э. Такое отличие очевидно вызвано влиянием подложки VN на пленку Pdl-xFex (текстура?).

100 -50 0 50 100 -300 -200 -100 0 100 200 300

(Э) Магнитное поле (Э) ф) Магнитное поле (Э)

Рисунок 4.5 - Петли магнитного гистерезиса эпитаксиальной тонкопленочной гетероструктуры "VNZPd0.96Fe0.04 на подложке М^О (001), измеренные вдоль плоскостных направлений <110> (а) и <100> (б) подложки MgO; Т = 20 К. Красная линия - результат моделирования по формуле (3.17).

4.5. Выводы

Пленка Pd0.96Fe0.04 синтезирована описанным в главе 2 трехстадийным методом ко-испарения палладия и железа из эффузионнных ячеек на эпитаксиальный слой нитрида ванадия в составе гетероструктуры MgO/VN/Pdo.96Feo.o4. Использование заслонки позволило в одном цикле приготовить образец, состоящий из двух частей: одна представляла собой пленку нитрида ванадия, синтезированную методом реактивного магнетронного распыления на горячую подложку, не укрытую ничем; на второй части такой же слой нитрида ванадия был покрыт пленкой Pd0.96Fe0.04. Ы-яНи ДНЭ исследование показало, что слой VN, выросший на монокристаллической подложке MgO, монокристаллический, и пленка Pdo.%Feo.iM выросшая на таком же VN также монокристаллическая. Магнитные измерения показали, что наличие эпитаксиального подслоя из нитрида ванадия изменило магнитные свойства пленки Pdo.%Feo.iM, выросшей на нем. По сравнению с пленками Pd1-xFex близкого состава на подложке MgO, пленка на VN имеет меньшие константы анизотропии, кроме того, процесс перемагничивания в плоскости проходит в два разделенных этапа движения доменных стенок. Синтез двухслойного эпитаксиального образца (подложка не в счет) VN/Pd0.96Fe0.04 открывает технологический маршрут к синтезу полностью эпитаксиальных многослойных гибридов сверхпроводник-ферромагнетик для сверхпроводящей спинтроники.

Заключение

Резюмируя, мы добились эпитаксиального роста пленок Pd1-xFex толщиной 20 нм на монокристаллической подложке MgO, используя совместное ко-испарение элементных Pd и Fe из эффузионных клеток в условиях СВВ. Содержание железа х варьировалось в диапазоне от 0.01 до

0.08, что интересно для применений в сверхпроводящей спинтронике. Была применена трехступенчатая процедура синтеза эпитаксиальных пленок Pd1-xFex на монокристаллической подложке Mg0(001): первая ступень - для создания зародышей эпитаксиального роста на поверхности раздела с подложкой MgO, вторая ступень - для получения желаемой толщины слоя, а затем третья - для распространения монокристаллической эпитаксиальной фазы по всему объему полученной пленки при высокотемпературном отжиге после осаждения. Исследования СЭМ и АСМ показали плоскую топографию пленки в широком диапазоне латеральных масштабов. Методы in situ ДНЭ и ex situ РДЭ и ПЭМ указывают на эпитаксиальный характер пленок с укладкой «куба-на-кубе». Постоянная решетки показала постепенное уменьшение при увеличении содержания Fe. Узкие линии спектров ФМР указывают на высокую магнитную однородность как в латеральной плоскости (обычно 4 мм2), так и по толщине пленки. Для эпитаксиальных (001) пленок характерна четырехкратная магнитокристаллическая анизотропия в плоскости, когерентная с кристаллической структурой подложки. Полученная кристаллографическая симметрия пленки толщиной 20 нм является по существу кубической с небольшим тетрагональным искажением. Общий пул наших экспериментальных данных ДНЭ, РДЭ и ФМР свидетельствует об эпитаксиальном характере и превосходной магнитной однородности наших пленок Pdi-xFex (0.01 <x <0.08).

Наши магнитные измерения подтвердили, что вибрационная магнитометрия (ВМ) образца является прямым инструментом для определения намагниченности насыщения и коэрцитивного поля исследуемых пленок сплава Pd-Fe. С другой стороны, g-фактор и основные константы магнитной анизотропии могут быть аккуратно извлечены из измерений ФМР с использованием намагниченности насыщения, взятой из измерений ВМ.

Обратная связь с ВМ при использовании параметров магнитной анизотропии, полученных из ФМР, свидетельствует о хорошем согласии между модельными и измеренными петлями М(Н). Таким образом, наше исследование показывает, что ВМ (или любая подходящая магнитометрия в целом) и ФМР синергетически дополняют друг друга, а их комбинация дает наиболее детальную информацию о вкладах в магнитную анизотропию ультратонких пленок Pd-Fe. Наши результаты показывают уменьшение анизотропии с уменьшением концентрации Fe; при концентрациях железа Сре < 1,5% пленка сплава Pd-Fe практически изотропна. Измерения температурной зависимости намагниченности подтвердили зависимость температуры Кюри сплавов от концентрации железа, давая инструмент настройки ТС и М8 варьированием .1^).

Мы также синтезировали эпитаксиальные бислои ферромагнитного сплава палладий-железо на сверхпроводящем нитриде ванадия (VN/Pdl-xFex) на подложке монокристаллического оксида магния методами реактивного магнетронного распыления и молекулярно-лучевого осаждения. Были исследованы их магнитные характеристики и получены значения констант магнитной анизотропии сплава палладий-железо на подложке нитрида ванадия в составе гетероструктуры MgO/VN/Pd0.96Fe0.04, которые показали значительное уменьшение тетрагональной компоненты

магнитокристаллической анизотропии.

Подводя итог, кратко сформулируем основные результаты, полученные в диссертационной работе:

1. впервые разработан трехстадийный технологический процесс молекулярно-лучевого синтеза в условиях сверхвысокого вакуума, который позволил получить тонкие (толщиной 10-30 нм) эпитаксиальные пленки

сплава палладий-железо Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) высокого кристаллического и морфологического совершенства на подложке монокристаллического оксида магния (MgO); монокристалличность и эпитаксиальность была доказана применением современных методов дифракции низкоэнергетичных электронов, рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии;

2. магнитными и магниторезонансными исследованиями показано, что полученные эпитаксиальные тонкие пленки сплава палладий-железо Pd1-xFex (х = 0.01-0.1) обладают высокой магнитной однородностью; определены величины и установлены концентрационные зависимости температуры ферромагнитного упорядочения, магнитного момента насыщения, коэрцитивных полей и величин констант магнитной анизотропии синтезированных пленок, являющиеся уникальными для исследованных тонкопленочных систем в их сравнении с объемными материалами;

3. оригинальный комплексный технологический процесс осаждения пленок ферромагнитного сплава палладий-железо из двух источников в условиях сверхвысокого вакуума на поверхность эпитаксиального нитрида ванадия, предварительно осажденного на подложку монокристаллического оксида магния, позволил получить полностью эпитаксиальный бислой VN/Pd1-xFex. Измеренные магнитные свойства такого бислоя при различных температурах позволили определить константы магнитной анизотропии слоя сплава палладий-железо и установить значительное уменьшения ее тетрагональной компоненты по сравнению с таковой для пленки, выросшей непосредственно на подложке монокристаллического оксида магния; полученные результаты открывают маршрут синтеза полностью эпитаксиальных многослойных гетероструктур сверхпроводник-ферромагнетик с перестраиваемыми характеристиками для сверхпроводящей спинтроники.

Список публикаций автора по теме диссертации

Научные статьи, опубликованные в зарубежных изданиях, входящих в международные реферативные базы данных и системы цитирования

Scopus/ Web of Science:

А1. Epitaxial growth of thin Pd1-xFex films on MgO single-crystal substrate / A. Esmaeili, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, I.R. Vakhitov, B.F. Gabbasov, A.G. Kiiamov, A.M. Rogov, Yu.N. Osin, A.E. Denisov, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Thin Solid Films (Elsevier). - 2019. - Т.669. - С.338-344.

А2. Epitaxial thin-film Pdl-xFex alloy: a tunable ferromagnet for superconducting spintronics / A. Esmaeili, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, I.R. Vakhitov, B.F. Gabbasov, R.V. Yusupov, D.A. Tatarsky, L.R. Tagirov // Science China Materials (Springer). -2021. - Т.64 (5). - С.1246-1255.

А3. FMR studies of ultra-thin epitaxial Pd0.92Fe0.08 film / A. Esmaeili, I.R. Vakhitov, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, B.M. Khaliulin, B.F. Gabbasov, M.N. Aliyev, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Applied Magnetic Resonance (Springer). - 2018. -Т.49 (2). - С.175-183.

Научные статьи, опубликованные в отечественных изданиях, которые входят в международные реферативные базы данных и системы цитирования

(ВАК, Scopus / Web of Science):

А4. Ferromagnetic resonance study of the epitaxial VNZPd0.96Fe0.04 thin film heterostructure on MgO substrate / A. Esmaeili, W.M. Mohammed, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, I.R. Vakhitov, B.F. Gabbasov, A.G. Kiiamov, M.N. Aliyev, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Magnetic Resonance in Solids. - 2019. - Т.21 (4 Special Issue). - Номер статьи 19407. - С.1-9.

Публикации в иных научных изданиях:

А5. FMR studies of ultra-thin epitaxial Pd1-xFex films / A. Esmaeili, I.R. Vakhitov, N.P. Nikitin, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, B.M. Khaliulin, B.F. Gabbasov, M.N. Aliyev, R.V. Yusupov, L.R. Tagirov // Modern development of magnetic resonance: Abstracts of the International conference (Kazan, September 25-29, 2017). - Казань: Издательство КФТИ КазНЦ РАН, 2017. - С.111-112.

А6. Ultra-thin Pd(1-x)Fex films synthesis and studies of their composition, morphology, structural and magnetic properties / A. Esmaeili, I.R. Vakhitov, N.P. Nikitin, I.V. Yanilkin, A.I. Gumarov, B.F. Gabbasov, A.M. Rogov, M.N. Aliyev, R.V. Yusupov, L.R.

Tagirov // Moscow International Symposium on Magnetism (MISM, 1-5 July 2017, Moscow): Book of Abstracts. - Москва: PrintLETO, 2017. - С.242.

А7. Синтез и магнитные свойства тонких пленок Pd1-xFex, полученных методами магнетронного распыления и молекулярно-лучевой эпитаксии / A. Esmaeili, Н.П. Никитин, И.В. Янилкин, И.Р. Вахитов, А.И. Гумаров, М.Н. Алиев, Р.В. Юсупов, Л.Р. Тагиров // Физика низкотемпературной плазмы (ФНТП-2017): сборник тезисов Всероссийской (с международным участием) конференции (5-9 июня 2017 г.). -Казань: Изд-во «Отечество«, 2017. - С.254.

А8. Ultra-thin PdFe alloys and heterostructures for cryo-spintronics / L.R. Tagirov, I.V. Yanilkin, I.R. Vakhitov, A.I. Gumarov, A. Esmaeili, R.V. Kadiroglu, M.N. Aliyev, R.I. Khaibullin // International Conference «Modern trends in condensed matter physics», MTCMP-2018, Baku 24-26 September 2018. - Abstracts. - P. 138.

А9. Synthesis and Ferromagnetic Resonance Studies of Epitaxial VN/Pd0.96Fe0.04 Heterostructure Grown on Single-Crystalline MgO Substrate / W. Mohammed, R.V. Yusupov, I.V. Yanilkin, I.R. Vakhitov, A.I. Gumarov, A.M. Esmaeili, M.N. Aliyev, L.R. Tagirov // International Conference "Magnetic Resonance - Current State and Future Perspectives". - September 23-27, 2019 Kazan, Russia. - Book of ABSTRACTS. - P.81.

Список цитированной литературы

1. Shea, J. J. Modern magnetic materials - principles and applications [Book Review]. Vol. 21 / J. J. Shea. - Wiley, 2005. - 57-58 p.

2. Wuttig, M. Ultrathin Metal Films: Magnetic and Structural Properties. Vol. 206 / M. Wuttig, X. Liu. - Springer Science & Business Media, 2004. - 376 p.

3. Measurement of spin memory lengths in PdNi and PdFe ferromagnetic alloys / H. Z. Arham, T. S. Khaire, R. Loloee [et al.] // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. - 2009. - Vol. 80. - № 17. - P. 174515.

4. Magnetization dynamics in dilute Pd1-x Fe x thin films and patterned microstructures considered for superconducting electronics / I. A. Golovchanskiy, V. V Bolginov, N. N. Abramov [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2016. - Vol. 120. - № 16. - P. 163902.

5. Magnetic switches based on Nb-PdFe-Nb Josephson junctions with a magnetically soft ferromagnetic interlayer / V. V. Bol'ginov, V. S. Stolyarov, D. S. Sobanin [et al.] // JETP Letters. - 2012. - Vol. 95. - № 7. - P. 366-371.

6. Critical current oscillations of Josephson junctions containing PdFe nanomagnets / J. A. Glick, R. Loloee, W. P. Pratt, N. O. Birge // IEEE

Transactions on Applied Superconductivity. - 2017. - Vol. 27. - № 4. - P. 15.

7. Ferromagnetic Josephson switching device with high characteristic voltage / T. I. Larkin, V. V Bol'ginov, V. S. Stolyarov [et al.] // Applied Physics Letters. -2012. - Vol. 100. - № 22. - P. 222601.

8. Magnetic josephson junction technology for digital and memory applications / V. V. Ryazanov, V. V. Bol'ginov, D. S. Sobanin [et al.] // Physics Procedia. -2012. - Vol. 36. - P. 35-41.

9. Magnetic josephson junctions with superconducting interlayer for cryogenic memory / I. V. Vernik, V. V. Bol'Ginov, S. V. Bakurskiy [et al.] // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. - 2013. - Vol. 23. - № 3. - P. 1701208.

10.Use of Pd-Fe and Ni-Fe-Nb as soft magnetic layers in ferromagnetic Josephson junctions for nonvolatile cryogenic memory / B. M. Niedzielski, S. G. Diesch, E. C. Gingrich [et al.] // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. - 2014. - Vol. 24. - № 4. - P. 1-7.

11.https://www.iarpa.gov/index.php/research-programs/c3.

12.Manheimer, M. A. Cryogenic computing complexity program: Phase 1 introduction / M. A. Manheimer // IEEE Transactions on Applied Superconductivity. - 2015. - Vol. 25. - № 3. - P. 1-4.

13.Nieuwenhuys, G. J. Magnetic behaviour of cobalt, iron and manganese dissolved in palladium / G. J. Nieuwenhuys // Advances in Physics. - 1975. -Vol. 24. - № 4. - P. 515-591.

14. Vonsovskii, S. V. Magnetism. Vol. 2 / S. V. Vonsovskii. - J. Wiley, 1974.

15.Ododo, J. C. Percolation concentration and saturation of the Pd moment in

ferromagnetic Pd alloys / J. C. Ododo // Journal of Physics F: Metal Physics. -1983. - Vol. 13. - № 6. - P. 1291.

16.Beyond Moore's technologies: Operation principles of a superconductor alternative / I. I. Soloviev, N. V. Klenov, S. V. Bakurskiy [et al.] // Beilstein Journal of Nanotechnology. - 2017. - Vol. 8. - № 1. - P. 2689-2710.

17.Glick III, J. A. Ferromagnetic Josephson Junctions Carrying Spin-Triplet Supercurrent for Cryogenic Memory / J. A. Glick III. - Michigan State University, 2017.

18.Linder, J. Superconducting spintronics / J. Linder, J. W. A. Robinson // Nature Physics. - 2015. - Vol. 11. - № 4. - P. 307.

19.Eschrig, M. Spin-polarized supercurrents for spintronics: A review of current progress / M. Eschrig // Reports on Progress in Physics. - 2015. - Vol. 78. - №2 10. - P. 104501.

20.Ryazanov, V. V. Josephson superconductor-ferromagnet-superconductor n-contact as an element of a quantum bit (experiment) / V. V. Ryazanov // Uspekhi Fizicheskih Nauk. - 1999. - Vol. 169. - № 8. - P. 920.

21. Coupling of two superconductors through a ferromagnet: Evidence for a n junction / V. V Ryazanov, V. A. Oboznov, A. Y. Rusanov [et al.] // Physical Review Letters. - 2001. - Vol. 86. - № 11. - P. 2427.

22.Stohr, J. Magnetism: From fundamentals to nanoscale dynamics. Vol. 152 / J. Stohr, H. C. Siegmann. - Springer Science & Business Media, 2006. - 1-822 p.

23.Pomeransky, A. A. Equations of motion of spinning relativistic particle in external fields. Vol. 14 / A. A. Pomeransky, I. B. Khriplovich. - Springer, 1999.

- 145-173 p.

24.Coey, J. M. D. Magnetism and magnetic materials. Vol. 9780521816 / J. M. D. Coey. - Cambridge University Press, 2010. - 1-617 p.

25.Farle, M. Ferromagnetic resonance of ultrathin metallic layers / M. Farle // Reports on Progress in Physics. - 1998. - Vol. 61. - № 7. - P. 755-826.

26.Getzlaff, M. Fundamentals of magnetism / M. Getzlaff. - Springer, 2008. - 1387 p.

27.Liu, Y. Handbook of Advanced Magnetic Materials I: Advanced Magnetic Materials: Nanostructural Effects / Y. Liu, D. J. Sellmyer, D. Shindo // Publisher: Springer, ISBN-10. - 2000. - Vol. I. - № 2.

28.Kittel, C. Introduction to Solid State Physics. Vol. 35 / C. Kittel, D. F. Holcomb.

- ISBN 0-471-41526-X Search PubMed, 1967. - 547-548 p.

29.Spaldin, N. A. Magnetic materials: fundamentals and applications / N. A. Spaldin. - Cambridge University Press, 2010.

30.Blundell, S. Magnetism in condensed matter / S. Blundell. - AAPT, 2003.

31.Aharoni, A. Introduction to the Theory of Ferromagnetism. Vol. 109 / A. Aharoni. - Clarendon Press, 2000.

32.Zabel, H. Magnetic heterostructures: advances and perspectives in spinstructures and spintransport. Vol. 227 / H. Zabel, S. D. Bader. - Springer, 2007.

33.Ibach, H. Solid-State Physics, an introduction to principles of material science. / H. Ibach, H. Luth // Statewide Agricultural Land Use Baseline 2015. - 2015.

- Vol. 1. - № 2. - P. 87.

34.Sander, D. The magnetic anisotropy and spin reorientation of nanostructures and nanoscale films / D. Sander // Journal of Physics: Condensed Matter. -2004. - Vol. 16. - № 20. - P. R603. 35.Baberschke, K. Band-ferromagnetism: Ground-state and Finite-temperature Phenomena. Vol. 580 / K. Baberschke, M. Donath, W. Nolting. - Springer Science & Business Media, 2001. 36.Song, O. Giant surface magnetostriction in polycrystalline Ni and NiFe films / O. Song, C. A. Ballentine, R. C. O'Handley // Applied Physics Letters. - 1994.

- Vol. 64. - № 19. - P. 2593-2595.

37.The correlation between mechanical stress and magnetic properties of ultrathin films / D. Sander, R. Skomski, A. Enders [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 1998. - Vol. 31. - № 6. - P. 663-670.

38.Breathnach, C. S. Magnetism in medicine. Vol. 76 / C. S. Breathnach. - Wiley-VHC, Weinheim, 1983.

39.Barmak, K. Metallic films for electronic, optical and magnetic applications: Structure, processing and properties / K. Barmak, K. Coffey. - Woodhead Publishing, 2014.

40. Schäfer, R. Investigation of Domains and Dynamics of Domain Walls by the Magneto-optical K err-effect / R. Schäfer // Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials. - 2007.

41.Jiles, D. C. Modelling of Nonlinear Behaviour and Hysteresis in Magnetic Materials / D. C. Jiles, Y. Melikhov // Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials. - 2007.

42.Exchange-dependent hybridization at the Pd-Fe interface / O. Rader, C. Carbone, W. Clemens [et al.] // Physical Review B. - 1992. - Vol. 45. - № 23.

- P. 13823.

43.Prinz, G. A. Metastability in epitaxial magnetic metal films / G. A. Prinz // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1991. - Vol. 100. - № 1-3. -P. 469-480.

44.Dynamics of the magnetic and structural a-e phase transition in iron / O. Mathon, F. Baudelet, J. P. Itie [et al.] // Physical Review Letters. - 2004. - Vol. 93. - № 25. - P. 255503.

45.Pepperhoff, W. Constitution and Magnetism of Iron and its Alloys / W. Pepperhoff, M. Acet. - Springer Science & Business Media, 2013.

46.Hume-Rothery, W. The structures of alloys of iron: an elementary introduction / W. Hume-Rothery. - Elsevier, 2016.

47.Crangle, J. Ferromagnetism in Pd-rich palladium-iron alloys / J. Crangle // Philosophical Magazine. - 1960. - Vol. 5. - № 52. - P. 335-342.

48.Crangle, J. Dilute ferromagnetic alloys / J. Crangle, W. R. Scott // Journal of Applied Physics. - 1965. - Vol. 36. - № 3. - P. 921-928.

49.Local magnetic moment associated with an iron atom dissolved in various transition metal alloys / A. M. Clogston, B. T. Matthias, M. Peter [et al.] // Physical Review. - 1962. - Vol. 125. - № 2. - P. 541-552.

50.Wolff, P. A. Spin susceptibility of an electron gas / P. A. Wolff // Physical Review. - 1960. - Vol. 120. - № 3. - P. 814.

51.Moriya, T. Spin Polarization in Dilute Magnetic Alloys / T. Moriya // Progress of Theoretical Physics. - 1965. - Vol. 34. - № 3. - P. 329-356.

52.Yosida, K. THEORY OF MAGNETISM.: Edition en anglais (Google eBook). Vol. 122 / K. Yosida. - Springer Science & Business Media, 1996. - 320 p.

53.Buschow, K. H. J. Physics of Magnetism and Magnetic Materials. Vol. 92. Phys. Magn. Magn. Mater. / K. H. J. Buschow, F. R. de Boer. - Springer, 2003.

54.Mohn, P. Magnetism in the solid state: an introduction. Vol. 134 / P. Mohn. -Springer Science & Business Media, 2006.

55.Blagoev, K. B. Effect of ferromagnetic spin correlations on superconductivity in ferromagnetic metals / K. B. Blagoev, J. R. Engelbrecht, K. S. Bedell // Physical Review Letters. - 1999. - Vol. 82. - № 1. - P. 133-136.

56.Doniach, S. Low-temperature properties of nearly ferromagnetic Fermi liquids / S. Doniach, S. Engelsberg // Physical Review Letters. - 1966. - Vol. 17. - № 14. - P. 750.

57.White, R. M. Quantum Theory of Magnetism Third, Completely Revised Edition 123 With 174 Figures and 10 Tables Magnetic Properties of Materials / R. M. White. - Springer, 2017.

58.Izuyama, T. Band theoretical interpretation of neutron diffraction phenomena in ferromagnetic metals / T. Izuyama, D.-J. Kim, R. Kubo // Journal of the Physical Society of Japan. - 1963. - Vol. 18. - № 7. - P. 1025-1042.

59.Kawabata, A. Electron correlation and magnetism in narrow band systems / A. Kawabata // Springer Series in Solid State Sciences. Moriya, T.(ed.), Vot. -1981. - Vol. 29. - P. 172.

60.Moriya, T. Spin Fluctuations in Itinerant Electron Magnetism. Vol. 39 / T. Moriya, Y. Takahashi. - Springer Science & Business Media, 1978. - C6-1466-C6-1471 p.

61.Takahashi, Y. Spin Fluctuation Theory of Itinerant Electron Magnetism. Vol. 253 / Y. Takahashi. - 2013.

62.Mohn, P. Supercell calculations for transition metal impurities in palladium / P. Mohn, K. Schwarz // Journal of Physics: Condensed Matter. - 1993. - Vol. 5.

- № 29. - P. 5099-5112.

63.Binary alloy phase diagrams / T. B. Massalski, J. L. Murray, L. H. Bennett, H. Baker. - 1986.

64. Griffith, G. Apparent spin-glass nature of an anisotropic ferromagnet / G. Griffith, F. A. Volkening, H. Claus // Journal of Applied Physics. - 1985. - Vol. 57. - № 8. - P. 3392-3394.

65.Ferromagnetic transition in dilute Pd-Fe alloys / C. Büscher, T. Auerswald, E. Scheer [et al.] // Physical Review B. - 1992. - Vol. 46. - № 2. - P. 983.

66.Inhomogeneous ferromagnetic ordering in Pd Fe and Pd Mn alloys studied via small-angle neutron scattering / B. H. Verbeek, G. J. Nieuwenhuys, J. A. Mydosh [et al.] // Physical Review B. - 1980. - Vol. 22. - № 11. - P. 5426.

67.Ryazanov, V. V. "Superconductor-ferromagnet-superconductor Josephson pi junction as an element of a quantum bit (experiment)" / V. V Ryazanov // Phys-Usp. - 1999. - Vol. 42. - P. 825-827.

68.Wagner, T. Epitaxy of Pd thin films on (100) Sr Ti O 3: A three-step growth process / T. Wagner, G. Richter, M. Rühle // Journal of Applied Physics. - 2001.

- Vol. 89. - № 5. - P. 2606-2612.

69.Magnetism of ultrathin Pd99Fe01 films grown on niobium / L. S. Uspenskaya, A. L. Rakhmanov, L. A. Dorosinskii [et al.] // Materials Research Express. -2014. - Vol. 1. - № 3. - P. 36104.

70.Bol'ginov, V. V. Two-component magnetization in Pd 99 Fe 01 thin films / V. V Bol'ginov, O. A. Tikhomirov, L. S. Uspenskaya // JETP letters. - 2017. -Vol. 105. - № 3. - P. 169-173.

71.Uspenskaya, L. S. Influence of Pd0.99Fe0.01 film thickness on magnetic properties / L. S. Uspenskaya, I. V. Shashkov // Physica B: Condensed Matter.

- 2018. - Vol. 549. - P. 58-61.

72.HARDISON, D. L. SPIN WAVE RESONANCE ON PdFe ALLOYS / D. L. HARDISON, E. D. THOMPSON // Le Journal de Physique Colloques. - 1971.

- Vol. 32. - № C1. - P. C1-565-C1-566.

73.Exploration of magnetic fluctuations in PdFe films / M. Ewerlin, B. Pfau, C. M. Günther [et al.] // Journal of Physics Condensed Matter. - 2013. - Vol. 25. - № 26. - P. 266001.

74.Structure and magnetic properties of nanostructured Pd-Fe thin films produced by pulse electrodeposition / G. K. Strukova, G. V Strukov, S. I. Bozhko [et al.]

// Journal of nanoscience and nanotechnology. - 2011. - Vol. 11. - № 10. - P. 8907-8911.

75.Schock, M. Superconducting and magnetic properties of Nb/Pd1-xFex/Nb triple layers / M. Schock, C. Surgers, H. V. Lohneysen // European Physical Journal B. - 2000. - Vol. 14. - № 1. - P. 1-10. 76.Transformation of magnetic state under the influence of superconductivity in epitaxial V/Pd 1-x Fe x bilayers / I. A. Garifullin, D. A. Tikhonov, N. N. GarifYanov [et al.] // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. -2007. - Vol. 20. - № 2 SPECIAL ISSUE. - P. 91-98. 77.Ohring, M. Materials science of thin films / M. Ohring. - Elsevier, 2001. 78.Shinjo, T. Nanomagnetism and Spintronics. Nanomagnetism Spintron. / T.

Shinjo. - Elsevier, 2009. - 1-346 p. 79.Seshan, K. Handbook of thin-film deposition processes and techniqes / K. Seshan. - Second Edi. - Noyes Publications / William Andrew Publishing, 2002.

80.Henderson, M. A. The interaction of water with solid surfaces: fundamental aspects revisited / M. A. Henderson // Surface Science Reports. - 2002. - Vol. 46. - № 1-8. - P. 1-308.

81.Chang, L. L. Molecular Beam Epitaxy and Heterostructures. Vol. 87 / L. L. Chang, K. Ploog. - Springer Science & Business Media, 1985.

82.Farrow, R. F. C. Molecular beam epitaxy: applications to key materials / R. F. C. Farrow. - Elsevier, 1995.

83.Cho, A. Y. Growth of extremely uniform layers by rotating substrate holder with molecular beam epitaxy for applications to electro-optic and microwave devices / A. Y. Cho, K. Y. Cheng // Applied Physics Letters. - 1981. - Vol. 38. - № 5. - P. 360-362.

84.Cheng, K. Y. Molecular-beam epitaxial growth of uniform Ga0.47In 0.53As with a rotating sample holder / K. Y. Cheng, A. Y. Cho, W. R. Wagner // Applied Physics Letters. - 1981. - Vol. 39. - № 8. - P. 607-609.

85.Herman, M. A. Introduction BT - Molecular Beam Epitaxy: Fundamentals and Current Status. Vol. 7 / M. A. Herman, H. Sitter. - Springer Science & Business Media, 1989. - 1-28 p.

86. Structure evolution of epitaxial Pd grown on MgO(001): A comparison between sputtering and electron-beam evaporation / H. Fornander, J. Birch, P. Sandstrom, J. E. Sundgren // Thin Solid Films. - 1999. - Vol. 349. - № 1. - P. 4-9.

87.Kovacs, A. High-resolution transmission electron microscopy analysis of L10 ordering process in Fe/Pd thin layers / A. Kovacs, K. Sato, Y. Hirotsu // Journal of Applied Physics. - 2007. - Vol. 102. - № 12. - P. 123512.

88.Effect of MgO (100) support on structure and properties of Pd and Pt nanoparticles with 49-155 atoms / S. M. Kozlov, H. A. Aleksandrov, J. Goniakowski, K. M. Neyman // The Journal of Chemical Physics. - 2013. -Vol. 139. - № 8. - P. 84701.

89.Renaud, G. Grazing incidence X-ray scattering study of the Pd/Mg0(001) interface during its formation / G. Renaud, A. Barbier // Surface Science. -1999. - Vol. 433. - P. 142-146.

90.Rimai, L. Electron paramagnetic resonance of trivalent gadolinium ions in strontium and barium titanates / L. Rimai, G. A. Demars // Physical Review. -1962. - Vol. 127. - № 3. - P. 702-710.

91.Krishnan, R. S. Thermal expansion of crystals: international series in the science of the solid state / R. S. Krishnan, R. Srinivasan, S. Devanarayanan. -Elsevier, 1979. - 124-125 p.

92.Munakata, K. Ultra-high-angle double-crystal X-ray diffractometry (U-HADOX) for determining a change in the lattice spacing: experiment / K. Munakata, A. Okazaki // Acta Crystallographica Section A: Foundations of Crystallography. - 2004. - Vol. 60. - № 1. - P. 33-39.

93.Initial growth of Pd on Mg0(0 0 1) / H. Fornander, L. Hultman, J. Birch, J. E. Sundgren // Journal of Crystal Growth. - 1998. - Vol. 186. - № 1-2. - P. 189202.

94.Quinn, J. J. Range of excited electrons in metals / J. J. Quinn // Physical Review. - 1962. - Vol. 126. - № 4. - P. 1453-1457.

95.Vanhove, M. A. Low-energy electron diffraction: experiment, theory and surface structure determination. Vol. 6 / M. A. Vanhove, W. H. Weinberg, C.-M. Chan. - Springer Science & Business Media, 2012.

96.Gulde, M. Development of an Ultrafast Low-Energy Electron Diffraction Setup / M. Gulde. - Springer, 2015. - 81-112 p.

97.Luth, H. Solid surfaces, interfaces and thin films. Vol. 4 / H. Luth. - Springer, 2001.

98.Zangwill, A. Physics at surfaces / A. Zangwill. - Cambridge university press, 1988.

99.Fairely, N. CasaXPS Manual 2.3. 15 Introduction to XPS and AES (Yellow Book) / N. Fairely. - Casa Software, 2009.

100. Peter, M. Paul van der Heide: X-ray photoelectron spectroscopy: An introduction to principles and practices / M. Peter, A. Sherwood // Analytical and Bioanalytical Chemistry. - 2013. - Vol. 405. - № 8. - P. 2415.

101. Visible-Light Photocatalytic Activity of N-Doped TiO2 Nanotube Arrays on Acephate Degradation / X. Zhang, J. Zhou, Y. Gu, D. Fan // Journal of Nanomaterials. - 2015. - Vol. 2015. - № 1. - P. 42.

102. N. Fairley, CasaXPS VAMAS processing software, Available from: http://www. casaxps. com.

103. C. D. Wanger, W. M. Riggs, L. E. Davis, J. F. M. and G. E. M. Handbook of XPS / J. F. M. and G. E. M. C. D. Wanger, W. M. Riggs, L. E. Davis // PerkinElmer, Waltham. - 1979.

104. NIST X-ray Photo-electron Spectroscopy Database, NIST Standard Reference Database 20, Version 4.1, 2003 / A. V Naumkin, A. Kraut-Vass, S. W. Gaarenstroom, C. J. Powell // Google Scholar. - 1979.

105. Mills, P. A study of the core level electrons in iron and its three oxides by means of X-ray photoelectron spectroscopy / P. Mills, J. L. Sullivan // Journal of Physics D: Applied Physics. - 1983. - Vol. 16. - № 5. - P. 723.

106. Egerton, R. F. Physical principles of electron microscopy / R. F. Egerton. -Springer, 2005.

107. Reimer, L. Scanning electron microscopy: physics of image formation and microanalysis. Vol. 45 / L. Reimer. - Springer, 2013.

108. https://www.nanoandmore.com/afm-tips-guide.

109. Schaefer, H.-E. Nanoscience: The Science of the Small in Physics, Engineering, Chemistry, Biology and Medicine / H.-E. Schaefer. - 2011.

110. Tapping mode atomic force microscopy in liquid / C. A. J. Putman, K. O. Van der Werf, B. G. De Grooth [et al.] // Applied Physics Letters. - 1994. - Vol. 64. - № 18. - P. 2454-2456.

111. Energy dissipation in tapping-mode atomic force microscopy / J. P. Cleveland, B. Anczykowski, A. E. Schmid, V. B. Elings // Applied Physics Letters. - 1998. - Vol. 72. - № 20. - P. 2613-2615.

112. Kauffman, G. B. Bob B. He: Two-dimensional X-ray diffraction / G. B. Kauffman // Foundations of Chemistry. - 2012. - Vol. 14. - №№ 2. - P. 187-188.

113. Waseda, Y. X-Ray Diffraction Crystallography; Introduction, examples and solved problems / Y. Waseda, E. Matsubara, K. Shinoda. - Springer Science & Business Media, 2011. - 322 p.

114. Magnetic anisotropy in FexPd1- x (x=. 30, 44, 55, 67, and 78) alloy film grown on SrTiO3 (001) and MgO (001) by molecular beam epitaxy / C. F.

Wang, K. M. Kuo, C. Y. Lin, G. Chern // Solid State Communications. - 2009.

- Vol. 149. - № 37-38. - P. 1523-1526.

115. Magnetization dynamics in dilute Pd1-xFex thin films and patterned microstructures considered for superconducting electronics / I. A. Golovchanskiy, V. V Bolginov, N. N. Abramov [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2016. - Vol. 120. - № 16.

116. Webb, D. J. Two-dimensional magnetism in Pd (1.2 at. % Fe) films / D. J. Webb, J. D. McKinley // Physical Review Letters. - 1993. - Vol. 70. - № 4. -P. 509-512.

117. Spin screening effect in superconductor/ferromagnet thin film heterostructures studied using nuclear magnetic resonance / R. I. Salikhov, N. N. GarifYanov, I. A. Garifullm [et al.] // Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics. - 2009. - Vol. 80. - № 21. - P. 214523.

118. Liu, X. Ferromagnetic resonance in Ga1-xMnxAs dilute magnetic semiconductors / X. Liu, J. K. Furdyna // Journal of Physics Condensed Matter.

- 2006. - Vol. 18. - № 13.

119. Kauffman, J. W. Quenching-In of Lattice Vacancies in Pure Gold / J. W. Kauffman, J. S. Koehler // Physical Review. - 1955. - Vol. 97. - № 2. - P. 555.

120. Heinrich, B. Ultrathin metallic magnetic films: magnetic anisotropies and exchange interactions / B. Heinrich, J. F. Cochran // Advances in Physics. -1993. - Vol. 42. - № 5. - P. 523-639.

121. Gurevich, A. G. Magnetization oscillations and waves / A. G. Gurevich, G. A. Melkov. - CRC press, 1996.

122. Rowland, T. J. Nuclear magnetic resonance in metals / T. J. Rowland // Progress in Materials Science. - 1961. - Vol. 9. - № 1. - P. 3-91.

123. Bagguley, D. M. S. Resonance and magnetic anisotropy in dilute alloys of Pd, Pt with Fe, Co and Ni / D. M. S. Bagguley, J. A. Robertson // Journal of Physics F: Metal Physics. - 1974. - Vol. 4. - № 12. - P. 2282-2296.

124. In-plane magnetic anisotropies in epitaxial Fe (001) thin films / N. Tournerie, P. Schieffer, B. Lepine [et al.] // Physical Review B. - 2008. - Vol. 78. - № 13.

- P. 134401.

125. Bagguley, D. M. S. Ferromagnetic resonance in a series of alloys: II. Binary alloys of cobalt with platinum and palladium, and one iron-palladium alloy / D. M. S. Bagguley, W. A. Crossley, J. Liesegang // Proceedings of the Physical Society. - 1967. - Vol. 90. - № 4. - P. 1047.

126. Bagguley, D. M. S. Ferromagnetic resonance in dilute binary alloys of Pd and Pt with Fe and Co / D. M. S. Bagguley, J. A. Robertson // Physics Letters A. -1968. - Vol. 27. - № 8. - P. 516-517.

127. Crangle, J. The magnetization of pure iron and nickel / J. Crangle, G. M. Goodman // Proc. R. Soc. Lond. A. - 1971. - Vol. 321. - № 1547. - P. 477491.

128. Superconductor/ferromagnet heterostructures exhibit potential for significant reduction of hysteretic losses / P. Krüger, F. Grilli, M. Vojenciak [et al.] // Applied Physics Letters. - 2013. - Vol. 102. - № 20. - P. 202601.

129. Interfacial roughness and proximity effects in superconductor/ferromagnet CuNi/Nb heterostructures / Y. Khaydukov, R. Morari, O. Soltwedel [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2015. - Vol. 118. - № 21. - P. 213905.

130. Buzdin, A. I. Proximity effect in superconductor-ferromagnet heterostructures / A. I. Buzdin, V. V Ryazanov // Comptes Rendus Physique. -2006. - Vol. 7. - № 1. - P. 107-115.

131. Transition temperatures of superconductor-ferromagnet superlattices / Z. Radovic, M. Ledvij, L. Dobrosavljevic-Grujic [et al.] // Physical Review B. -1991. - Vol. 44. - № 2. - P. 759.

132. Buzdin, A. I. Proximity effects in superconductor-ferromagnet heterostructures / A. I. Buzdin // Reviews of Modern Physics. - 2005. - Vol. 77. - № 3. - P. 935.

133. Superconducting and normal-state properties of vanadium nitride / B. R. Zhao, L. Chen, H. L. Luo [et al.] // Physical Review B. - 1984. - Vol. 29. - № 11. - P. 6198.

134. Ajami, F. I. Magnetic susceptibility and superconductivity of cubic vanadium nitrides / F. I. Ajami, R. K. MacCrone // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 1975. - Vol. 36. - № 1. - P. 7-15.

135. Microwave observation of magnetic field penetration of high-Tc superconducting oxides / K. Khachaturyan, E. R. Weber, P. Tejedor [et al.] // Physical Review B. - 1987. - Vol. 36. - № 16. - P. 8309-8314.

136. Microwave absorption across Tc: Determination of the angular dependence Hc2(0)/Hc2 / D. Shaltiel, H. Bill, A. Grayevsky [et al.] // Physical Review B. -1991. - Vol. 43. - № 16. - P. 13594-13597.

137. Czyzak, B. Flux trapping in high-temperature superconductors determined by microwave absorption / B. Czyzak, J. Stankowski, J. Martinek // Physica C: Superconductivity and its applications. - 1992. - Vol. 201. - № 3-4. - P. 379385.

138. Experimental presentation of microwave absorption due to shaking of JV by AC magnetic field in Bi2212 and Bi2223 / D. Shaltiel, H. A. Krug Von Nidda, B. Y. Shapiro [et al.] // Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. -2009. - Vol. 22. - № 4. - P. 387-399.

139. Shaltiel, D. Collective motion of vortices induced by A.C. magnetic field in the high anisotropy BSCCO / D. Shaltiel // Journal of Low Temperature Physics. - 2003. - Vol. 130. - № 3-4. - P. 383-406.

140. Controllable two and three-state magnetization switching in single-layer epitaxial Pd1-xFex films and an epitaxial Pd0.92Fe0.08/Ag/Pd0.96Fe0.04 heterostructure / I. V. Yanilkin, A. I. Gumarov, G. F. Gizzatullina [et al.] // Beilstein Journal of Nanotechnology. - 2022. - Vol. 13. - № 1. - P. 334-343.