Ученые физического и химического факультетов МГУ впервые исследовали свойства пленок тулиевого феррита-граната — перспективных компонентов спинтронных устройств терагерцового диапазона частот. Для формирования таких пленок был использован метод химического осаждения из паров металлорганических соединений, что дало возможность «управлять» магнитными свойствами создаваемых тонкопленочных структур за счет изменения их элементного состава. Изготовленные пленки были всестронне исследованы методами электронной, оптической и терагерцовой спектроскопии. Полученные результаты крайне важны для создания сверхбыстродействущих устройств записи и обработки информации. Исследования проводились в рамках НОШ МГУ «Фотоника».
Развитие современной спинтроники СВЧ и терагерцового (ТГц) диапазонов частот требует разработки новых тонкопленочных материалов. Среди редкоземельных элементов большие перспективы использования в спинтронных устройствах имеют соединения тулиевых феррит-гранатов. Особенностями этих ферромагнитных материалов являются сложная многоподрешeточная магнитная структура, широкие возможности изменения элементного состава и, как следствие, уникальность и разнообразие их магнитных свойств. Для получения тонких пленок феррогранатов требуется развитие новых технологических подходов. Одним из перспективных способов синтеза является метод химического осаждения из паров металлорганических прекурсоров (MOCVD).
В работе, недавно опубликованной в журнале «Конденсированные среды и межфазные границы», ученые Московского университета методом MOCVD осуществили синтез тонких пленок тулиевого феррита-граната Tm3Fe5O12, провели сравнительный анализ результатов эпитаксиального роста на различных подложках, и методами рентгеновской дифракции, спектроскопии комбинационного рассеяния и импульсной ТГц спектроскопии всесторонне их исследовали.
На установке, разработанной и изготовленной по Программе развития МГУ, были выращены пленки тулиевого феррита-граната толщиной 900 нм на подложках со структурой граната двух типов: гадолиний-галиевого граната (GGG) и иттрий-алюминиевого граната (YAG). Сильное различие параметров элементарной ячейки приводит к структурным рассогласованиям на интерфейсе пленка/подложка: при эпитаксии на YAG, подложка сжимает пленку в плоскости контакта, а в случае GGG — наоборот, растягивает её. Таким образом, при росте на этих подложках в пленках Tm3Fe5O12 возникают значительные упругие напряжения, которые приводят к изменению многих физических свойств, в частности магнитных. Также стоит отметить, что в процессе синтеза был применен новый принцип дозировки пара прекурсоров в реактор, позволивший обеспечить плавное, хорошо управляемое и воспроизводимое «питание» растущей пленки.
Исследования полученных тонкопленочных структур методами импульсной ТГц спектроскопии продемонстрировали перспективность использования подложки YAG по сравнению с GGG, поскольку в характеризующем ее спектре не наблюдается заметного поглощения излучения. В результате восстановления ТГц характеристик эпитаксиальной пленки Tm3Fe5O12, выращенной на подложке YAG, были получены частотные зависимости ее коэффициента поглощения и показателя преломления.
«Наряду с большим фундаментальным интересом результаты проведенных исследований открывают широкие перспективы для создания сверхбыстродействущих спинтронных устройств записи и обработки информации с использованием тонких пленок ферримагнетиков», прокомментировал аспирант физического факультета Максим Шанин.
Развитие современной спинтроники СВЧ и терагерцового (ТГц) диапазонов частот требует разработки новых тонкопленочных материалов. Среди редкоземельных элементов большие перспективы использования в спинтронных устройствах имеют соединения тулиевых феррит-гранатов. Особенностями этих ферромагнитных материалов являются сложная многоподрешeточная магнитная структура, широкие возможности изменения элементного состава и, как следствие, уникальность и разнообразие их магнитных свойств. Для получения тонких пленок феррогранатов требуется развитие новых технологических подходов. Одним из перспективных способов синтеза является метод химического осаждения из паров металлорганических прекурсоров (MOCVD).
В работе, недавно опубликованной в журнале «Конденсированные среды и межфазные границы», ученые Московского университета методом MOCVD осуществили синтез тонких пленок тулиевого феррита-граната Tm3Fe5O12, провели сравнительный анализ результатов эпитаксиального роста на различных подложках, и методами рентгеновской дифракции, спектроскопии комбинационного рассеяния и импульсной ТГц спектроскопии всесторонне их исследовали.
На установке, разработанной и изготовленной по Программе развития МГУ, были выращены пленки тулиевого феррита-граната толщиной 900 нм на подложках со структурой граната двух типов: гадолиний-галиевого граната (GGG) и иттрий-алюминиевого граната (YAG). Сильное различие параметров элементарной ячейки приводит к структурным рассогласованиям на интерфейсе пленка/подложка: при эпитаксии на YAG, подложка сжимает пленку в плоскости контакта, а в случае GGG — наоборот, растягивает её. Таким образом, при росте на этих подложках в пленках Tm3Fe5O12 возникают значительные упругие напряжения, которые приводят к изменению многих физических свойств, в частности магнитных. Также стоит отметить, что в процессе синтеза был применен новый принцип дозировки пара прекурсоров в реактор, позволивший обеспечить плавное, хорошо управляемое и воспроизводимое «питание» растущей пленки.
Исследования полученных тонкопленочных структур методами импульсной ТГц спектроскопии продемонстрировали перспективность использования подложки YAG по сравнению с GGG, поскольку в характеризующем ее спектре не наблюдается заметного поглощения излучения. В результате восстановления ТГц характеристик эпитаксиальной пленки Tm3Fe5O12, выращенной на подложке YAG, были получены частотные зависимости ее коэффициента поглощения и показателя преломления.
«Наряду с большим фундаментальным интересом результаты проведенных исследований открывают широкие перспективы для создания сверхбыстродействущих спинтронных устройств записи и обработки информации с использованием тонких пленок ферримагнетиков», прокомментировал аспирант физического факультета Максим Шанин.