Анотація до роботи:

Чешко І.В. Фізичні процеси в функціональних елементах на основі плівкових систем Co/Cu(Au, Ag) із спін-залежним розсіюванням електронів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.01 - фізика приладів, елементів і систем. - Сумський державний університет, Суми, 2009.

Дисертація присвячена теоретичному і експериментальному дослідженню особливостей структурно-фазового стану, дифузійних процесів, електрофізичних, магнітотранспортних і магнітооптичних властивостей функціональних елементів мікроприладів у вигляді спін-клапанної структури на основі Au, Со, Cu і Cr або спін-залежним розсіюванням електронів на основі Co і Cu, Ag та Au.

За результатами досліджень особливостей структурно-фазового стану плівкових систем на основі Со, Cu, Ag та Au запропонована методика формування функціонального елемента спін-клапанної структури у вигляді багатошарової плівкової системи шляхом пошарової конденсації нанорозмірних шарів Au, Co, Сu і Cr із відповідною послідовністю температурної обробки в процесі осадження. Вивчені електрофізичні, магнітооптичні та магнітотранспортні властивості даних приладових структур.

У дисертаційній роботі розв’язана задача стосовно вивчення особливостей електрофізичних, магніторезистивних та магнітооптичних властивостей спін-клапанних структур і багатошарових плівкових систем із спін-залежним розсіюванням електронів та з’ясована роль фізичних процесів (фазоутворення, взаємна дифузія атомів, вплив магнітних і температурних полів) і їх внеску у величину магнітоопору, МОКЕ, ТКО та коефіцієнта поздовжньої тензочутливості.

У дисертаційній роботі отримані такі наукові і практичні результати:

1. Методами електронографії, рентгенографії, електронної мікроскопії, вторинно-іонної мас-спектрометрії вперше проведені дослідження дифузійних процесів та фазоутворення у спін-клапанних структурах та багатошарових плівкових системах із спін-залежним розсіюванням електронів, які можуть використовуватися як чутливі елементи сенсорів магнітного поля, термо- і тензодатчиків:

установлено, що в дво- та багатошарових плівкових системах на основі Co і Cu вже під час конденсації утворюється метастабільний т.р. (Cu, Co) (залежність параметра ґратки т. р. від загальної атомної концентрації атомів Со відповідає правилу Вегарда), який при Т_в@700 К починає частково розпадатися із виділенням наночасток Со, що необхідно враховувати при створенні чутливих елементів відповідних сенсорів;

аналогічне утворення т. р. в системах на основі Au і Со та Ag і Со починається при Т_в@700 К (має місце невідповідність правилу Вегарда), поряд з утворенням т. р. спостерігається виділення наногранул Со, хоча після конденсації в них зберігається індивідуальність шарів;

із урахуванням особливостей фазоутворення вперше запропонована методика формування термостабільного функціонального елемента спін-клапанної структури у вигляді багатошарової плівкової системи Au(3)/Co(3)/Cu(6)/Co(20)/Au(40)/Cr(3)/П шляхом пошарової конденсації при різній температурі підкладки;

уперше отримані залежності параметра ГЦК ґратки т. р.(Cu, Co), (Аu, Co) та (Ag, Co) від загальної концентрації атомів Со у плівковій системі, які узгоджуються із даними інших авторів для плівкових зразків, отриманих одночасною конденсацією компонент.

2. Методом еліпсометрії та МОКЕ були досліджені оптичні та магнітооптичні характеристики модельних плівок та спін-клапанних структур:

отримані залежності еліпсометричних кутів і для плівкових систем на основі Cu і Со, Ag і Со та Au і Со від загальної концентрації атомів Со, що мають кореляцію зі структурно-фазовим станом, що можуть бути використані для прогнозування оптичних характеристик функціональних елементів, створених на їх основі;

отримані значення оптичних коефіцієнтів n (зменшується при збільшенні концентрації атомів Cu і має значення в межах між 0,4–1,1) і k (в межах 0,626-1,230) для т.р. (Cu, Co), який входить до складу функціонального елемента спін-клапанної структури;

показано, що у приладових структурах, отриманих згідно із запропонованою методикою, спостерігається залежність магнітооптичного ефекту Керра від індукції магнітного поля у вигляді сходинкоподібної петлі гістерезису, що свідчить про реалізацію двох магнітних станів.

3. Здійснено розробку феноменологічних моделей для електрофізичних властивостей двошарових плівок із проміжним шаром т.р. біля інтерфейсу (стосовно ТКО і КТ) та шаруватих плівкових гранульованих т.р. (стосовно питомого опору і ТКО) і здійснено комп’ютерне моделювання електрофізичних властивостей:

установлено, що експериментальні результати для ТКО і КТ у плівкових системах на основі Cu і Co та Au і Co краще відповідають моделі із проміжним шаром т.р. біля інтерфейсу (розходження експериментальних і розрахункових даних не перевищує ±20 % для системи Cu/Co та ±(13 - 33) % - для системи Au/Co);

у випадку плівкової системи на основі Со і Ag експериментальні результати однаковою мірою узгоджуються або із моделлю шаруватих плівкових гранульованих т. р., або із моделлю для „біпластини” (розходження ±(17 - 28) %).

4. У спін-клапанних структурах на основі Cu, Au і Co спостерігається явище ГМО із величиною 0,5 - 1,2 % (при 300 К вимірювання), що залежить від товщини немагнітного прошарку та температури підкладки при конденсації нижнього шару Со; у багатошарових плівкових системах на основі Ag і Со та Au і Со, отриманих пошаровою конденсацією, в результаті стабілізації гранульованого стану фіксуються ознаки ГМО.

Публікації автора:

1. Проценко С.І. Структура, дифузійні процеси і магніторезистивні та електрофізичні властивості плівкових матеріалів / С.І. Проценко, І.В. Чешко, Л.В. Однодворець, І.М. Пазуха [За заг. ред. І.Ю. Проценка]. – Суми: Наукове видання Вид-ва СумДУ, 2008. – 197 с. ISBN 978-966-657-156-7

Здобувачем було підготовлено 4 підрозділи із розділу 1, 1 підрозділ розділу 3, здійснено відбір та аналіз літературних джерел.

2. Protsenko I. Solid solution formation in Cu/Co ultrathin film systems / [I. Protsenko, I. Cheshko, Ja. Javorsky] // Functional Materials. – 2006. – V.13, №2. – Р.219 – 222.

Здобувачем здійснено відбір літературних джерел, отримані експериментальні результати методом електронографії стосовно двошарових плівкових систем на основі Cu і Cо та зроблений їх аналіз, підготовлено текст статті.

3. Дехтярук Л.В. Проводимость двухслойных моно- и поликристаллических слоев металла в условиях взаимной диффузии / [Л.В. Дехтярук, С.И. Проценко, И.В. Чешко, И.М. Пазуха] // ФТТ. – 2006. – Т.48, Вып. 10. – С. 1729-1739.

Здобувачем було здійснено комп’ютерне моделювання, підготовлена частина розділу 4 та здійснений відбір літературних джерел.

4. Проценко С.І. Структурно-фазовий стан, стабільність інтерфейсів та електрофізичні властивості двошарових плівкових систем / [С.І. Проценко, І.В. Чешко, Д.В. Великодний, О.В. Синашенко, Л.В. Однодворець, І.М.Пазуха, І.Ю. Проценко] // Успехи физ. мет. – 2007. –Т.8, №4. – С. 247-278.

Здобувачем було проведено дослідження електрофізичних властивостей плівкових матеріалів на основі Со і Сu, Ag і Au та підготовлені відповідні підрозділи.

5. Проценко С.І. Феноменологічна модель електрофізичних властивостей плівкових гранульованих сплавів / [С.І. Проценко, І.В. Чешко, Л.В. Однодворець] // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. – 2008. - № 1. – С. 22-27.

Здобувачем була проведена апробація теоретичної моделі гранульованих твердих розчинів для гранульованих твердих розчинів на основі Со і Ag та зроблено аналіз отриманих досліджень.

6. Чешко І.В. Магнітооптичні та магніторезистивні властивості плівкових функціональних елементів на основі Со і Cu та Au / [І.В. Чешко, С.І. Проценко, П. Шіфаловіч] // Вісник СумДУ. Серія: Фізика, математика, механіка. – 2008. - № 2 – С. 106 - 110.

Здобувачем було проведено дослідження магнітооптичних (МОКЕ) та магніторезистивних властивостей спін-клапанних структур на основі Со і Сu та Au, здійснено аналіз результатів та підготовлено текст статті.

7. Бибик В.В. Фазообразование и электрофизические свойства двух- и трехслойных пленок на основе переходных и благородных металлов / [В.В. Бибик, Т.М. Гричановская, Л.В. Однодворец, И.В. Чешко, И.Е. Проценко] // Тонкие пленки в оптике и наноэлектронике. - Том 2: Сборник докладов 18-го Международного симпозиума.– Харьков: ННЦ ХФТИ, 2006. – С. 134 - 145.

Здобувач виконав дослідження процесів фазоутворення і електрофізичних властивостей плівкових систем на основі Со і Au та підготував підрозділ, що стосується зазначених матеріалів.

8. Майкова E. Образование твердых растворов в пленочных системах на основе Co и Ag или Au / [E. Майкова, И.В. Чешко, И.Е. Проценко] // Тонкие пленки. - Том 2: Сборник докладов 19-го Международного симпозиума. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2007. – С.127 – 132.

Здобувачем було проведено дослідження методом електронографії фазового складу та методом ВІМС дифузійних процесів у плівкових системах на основі Со і Ag та Со і Au, підготовлено текст статті.

9. Однодворец Л.В. Структурно-фазовий стан і стабільність інтерфейсів двошарових плівкових систем / [Л.В. Однодворец, С.І. Проценко, І.М. Пазуха, В.А. Соломаха, І.В. Чешко] // Наноматериалы. - Том 2: Сборник докладов Харьковской нанотехнологической Ассамблеи-2008. – Харьков: ННЦ ХФТИ, 2008. – С.55 – 63.

Здобувач виконав дослідження умов формування твердих розчинів та вивчив стабільність інтерфейсів у дво- та багатошарових плівках на основі Со і Au.

10. Майкова Е. Концентраційна залежність параметра ГЦК решітки в плівкових твердих розчинах на основі Co та Cu, Au або Ag / [Е. Майкова, І. Проценко, І. Чешко] // Матеріали Міжнародної конференції [«ЕВРИКА-2007»], (Львів, 22-24 травня 2007 р.). – С. 75.

Здобувачем отримані концентраційні залежності параметрів ґратки т. р. (Сu, Со), (Ag, Со) і (Au, Со) та підготовлено текст доповіді.

11. Маршалек М. Концентраційна залежність параметра решітки ГЦК-твердого розчину в плівках на основі Со і Cu / [М. Маршалек, Л. Однодворець, І. Проценко, І. Чешко] // Матеріали ХІ Міжнародної конференції [«Фізика і технологія тонких плівок та наносистем»], (Івано-Франківськ7-12 травня 2007 р.). – С. 34-35.

Здобувачем досліджено особливості структурно-фазового стану плівкових систем на основі Сu і Со та підготовлено текст доповіді.

12. Majkova E. Correlation between phase state and electrophysical properties of double-layered film systems on base of Co and Ag and Au / [E. Majkova, S.I. Protsenko, I.V. Cheshko, N.I. Shumakova] // Матеріали Міжнародної конференції [«Сучасні проблеми фізики твердого тіла»], (Київ, 8-11 жовтня 2007 р.). – С.83.

Здобувачем досліджено електрофізичні властивості плівкових гранульованих твердих розчинів (Сu, Со) та підготовлено текст доповіді.

13. Алфімова О.О. Фазоуворення в плівкових системах на основі Co і Ag або Au / [О.О. Алфімова, Ахмад М. Махмуд, І.В. Чешко] // Тези доповідей науково-технічної конференції викладачів, співробітників, аспірантів і студентів фізико-технічного факультету, (Суми, 19-24 квітня 2007 р.). – С.28-30.

Здобувачем досліджено розмірні залежності питомої провідності та температурного коефіцієнта опору плівкових систем на основі Au, Ag і Со та підготовлено текст доповіді.

14. Marszalek M. Correlation between crystal structure and electrophysical properties multilayers film systems on base of Co and Cu, Au or Ag / [M. Marszalek, I. Cheshko, O. Synashenko, S. Protsenko] // Book of Abstracts of Workshop on Smoothing and Characterization of Magnetic Films for Advanced Devices, (Krakow, 4-6 July 2007). - P. 15.

Здобувачем були отримані експериментальні дані методом електронної мікроскопії і електронографії, здіснено їх аналіз, написано текст доповіді.

15. Майкова Е. Структура і електрофізичні властивості двошарових плівок Co/( Au, Ag, Cu) та Cu/Cr / [ Е. Майкова, С.І. Проценко, І.М. Пазуха, І.Ю. Проценко, І.В. Чешко] // Тези конференції [«НАНСИС 2007»], (Київ, 21-23 листопада 2007 р.). – С.5-51.

Здобувачем досліджено особливості структурно-фазового стану та встановлена кореляція із електрофізичними властивостями плівкових систем на основі Со/Au(Ag), підготовлено текст доповіді.

16. Majkova E. Correlation between structwre and optical properties of Au(Ag)/Co film systems / [E. Majkova, S. Protsenko, I. Cheshko, L. Odnodvorets, I. Protsenko, O. Synashenko] // Book of Abstracts of XLII Zakopane School of Physics, (Krakow, 19-24 May 2008). – P.23.

Здобувачем були досліджені оптичні характеристики методом еліпсометрії плівкових систем на основі Сu і Со, Au і Со та Ag, Со і написано текст доповіді.

17. Jergel M. Thermally induced structural transformation in Co films for giant magnetoresistance spin valves / [M. Jergel, I. Cheshko, Y. Halogovets, E. Majkova, P. Shifalovich, S. Protsenko] // Book of Abstracts of XXI Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography [«IURCr2008»], (Osaka, 23-31 August 2008). – P. 12.11.34.

Здобувачем були проведені дослідження кристалічної структури одношарових плівок Со та підготовлено текст доповіді.

18. Проценко І.Ю. Магнітооптичні та магніторезистивні властивості плівкових систем на основі Co і Сu / [І. Ю. Проценко, І.В. Чешко] //Матеріали Всеукраїнської конференції молодих вчених [«Сучасне матеріалознавство: матеріали та технології»], (Київ, 12-14 листопада 2008 р.). – С.17.

Здобувачем були проведені дослідження магнітооптичних та магніторезистивних властивостей плівкових систем на основі Со і Au та Со і Cu, написано текст доповіді.