Измерительные головки для сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Основным элементом сканирующего спектрометра ферромагнитного резонанса является измерительная головка, с помощью которой регистрируются спектры поглощения электромагнитного излучения локальными участками тонких магнитных пленок. Степень локальности определяется площадью измерительного отверстия головки в пределах 0.1–2.2 мм2. Чувствительность устройства существенно увеличена благодаря не только миниатюрности колебательного контура в автодинном генераторе и сравнительно большой его собственной добротности, но и замене круглого измерительного отверстия головки на квадратное. Последнее существенно повышает однородность распределения высокочастотного магнитного поля в измерительном отверстии. Набор сменных головок с требуемым шагом перекрывает диапазон частот 0.1–4.0 ГГц, при этом отношение сигнал/шум для головки с площадью отверстия 1.0 мм2, измеренное на пермаллоевой пленке толщиной 2 нм, составляет не менее примерно 8 дБ. Показано, что эффективная намагниченность насыщения с ростом частоты монотонно достигает насыщения (MS = 843 Гс), а на низких частотах аномально увеличивается более чем в 1.6 раза до величины MS = 1359 Гс. Эффективность использования разработанных головок для исследования природы образования и особенностей распределения магнитных неоднородностей по площади образцов продемонстрирована на пермаллоевых пленках толщиной 25 нм размерами 10 × 10 мм2, осажденных в постоянном магнитном поле на монокристаллические подложки из лангасита.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Б. A. Беляев

Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева; Сибирский федеральный университет

Author for correspondence.
Email: belyaev@iph.krasn.ru
Russian Federation, 660037, Красноярск, просп. им. газеты “Красноярский рабочий”, 31; 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79

Н. M. Боев

Сибирский федеральный университет; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Russian Federation, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79; 660036, Красноярск, Академгородок, 50, с. 38

A. В. Бурмитских

Сибирский федеральный университет; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Russian Federation, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79; 660036, Красноярск, Академгородок, 50, с. 38

A. A. Горчаковский

Сибирский федеральный университет; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Russian Federation, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79; 660036, Красноярск, Академгородок, 50, с. 38

С. Д. Крёков

Сибирский федеральный университет; Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Russian Federation, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79; 660036, Красноярск, Академгородок, 50, с. 38

Р. Г. Галеев

Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева; АО НПП “Радиосвязь”

Email: belyaev@iph.krasn.ru
Russian Federation, 660037, Красноярск, просп. им. газеты “Красноярский рабочий”, 31; 660021, Красноярск, ул. Декабристов, 19

References

  1. Суху Р. Магнитные тонкие пленки / Пер. с англ. М.: Мир. 1967.
  2. Карпенков С.Х. // Электроника: наука, технология, бизнес. 2000. № 5. С. 26.
  3. Пискорский В.П., Валеев Р.А., Королев Д.В., Столянков Ю.В., Моргунов Р.Б. // Труды ВИАМ 2020. № 1 (85). С. 24. https://doi.org/10.18577/2307-6046-2020-0-1-24-37
  4. Хлопов Б.В. // T-Comm. 2014. № 3. С. 6.
  5. Карпенков С.Х. Тонкопленочные магнитные преобразователи. М.: Радио и связь, 1985.
  6. Бабицкий А.Н., Блинников Е.П., Владимиров А.Г., Гитарц Я.И., Поляков В.В., Фролов Г.И. // Геофизическая аппаратура. 1991. № 94. С. 21.
  7. Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Боев Н.М., Скоморохов Г.В., Изотов А.В., Галеев Р.Г. // ПТЭ. 2016. № 3. С. 96. https://doi.org/10.7868/S0032816216030174
  8. Зубков В.И., Щеглов В.И. // Радиотехника и электроника. 2011. Т. 56. № 7. С. 839.
  9. Устинов А.Б., Никитин А.А., Калиникос Б.А. // ЖТФ. 2015. Т. 85. № 9. С. 136.
  10. Фетисов Ю.К., Сигов А.С. // РЭНСИТ. 2018. Т. 10. № 3. С. 343.
  11. Баранов П.Г., Калашникова А.М., Козуб В.И., Коренев В.Л., Кусраев Ю.Г., Писарев Р.В., Сапега В.Ф., Акимов И.А., Байер М., Щербаков А.В., Яковлев Д.Р. // УФН. 2019. Т. 189. № 8. С. 849. https://doi.org/10.3367/UFNr.2018.11.038486
  12. Беляев Б.А., Изотов А.В., Лексиков Ан.А., Соловьев П.Н., Тюрнев В.В. // Изв. вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 9. С. 7. https://doi.org/10.17223/00213411/63/9/3
  13. Solovev P.N., Afonin A.O., Belyaev B.A., Boev N.M., Govorun I.V., Izotov A.V., Ugrymov A.V., Leksikov A.A. // Phys. Rev. B. 2022. V. 106. 064406. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.106.064406
  14. Hamida A.B., Sievers S., Pierz K., Schumacher H.W. // J. App. Phys. 2013. V. 114. 123704. https://doi.org/10.1063/1.4823740
  15. Tamaru S., Tsunegi S., Kubota H., Yuasa S. // Rev. Sci. Instr. 2018. V. 89. 053901. https://doi.org/org/10.1063/1.5022762
  16. Frait Z. // Czech. J. Phys. 1959. V. 9. P. 403. https://doi.org/10.1007/BF01557202
  17. Soohoo R.F. // J. Appl. Phys. 1962. V. 33. P. 1276. https://doi.org/10.1063/1.1728690
  18. Беляев Б.А., Лексиков А.А., Макиевский И.Я., Тюрнев В.В. // ПТЭ. 1997. № 3. С. 106.
  19. Belyaev B.A., Izotov A.V., Leksikov A.A. // IEEE Sensors Journal. 2005. V. 5. P. 260. https://doi.org/10.1109/JSEN.2004.842293
  20. Беляев Б.А., Боев Н.М., Горчаковский А.А., Галеев Р.Г. // ПТЭ. 2021. № 2. С. 107. https://doi.org/10.31857/S0032816221010249
  21. Беляев Б.А., Изотов А.В., Кипарисов С.Я. // Письма в ЖЭТФ. 2001. Т. 74. № 4. С. 248.
  22. Беляев Б.А., Изотов А.В. // Письма в ЖЭТФ. 2002. Т. 76. № 3. С. 209.
  23. Belyaev B.A., Izotov A.V., Skomorokhov G.V., Solovev P.N. // Mater. Res. Express. 2019. V. 6. 116105. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab4456
  24. Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Скоморохов Г.В., Соловьев П.Н. // Изв. вузов. Физика. 2020. Т. 63. № 1. С. 17. https://doi.org/10.17223/00213411/63/1/17
  25. Беляев Б.А., Тюрнев В.В., Изотов А.В. Лексиков Ан.А. // ФТТ. 2016. Т. 58. № 1. С. 56.
  26. Беляев Б.А., Изотов А.В. // Письма в ЖЭТФ. 2016. Т. 103. № 1. С. 44. https://doi.org/10.7868/S0370274X16010082
  27. Belyaev B.A., Izotov A.V., Solovev P.N., Boev N.M. // Phys. Status Solidi Rapid Res. Lett. 2020. V. 14. 1900467. https://doi.org/10.1002/pssr.201900467
  28. Solovev P.N., Belyaev B.A., Boev N.M., Skomorokhov G.V. Izotov A.V. // J. Phys.: Condens. Matter. 2024. V. 36. 195803. https://doi.org/10.1088/1361-648X/ad258c
  29. Беляев Б.А., Горчаковский А.А., Боев Н.М., Крёков С.Д. Патент на изобретение № 2 816 116 РФ // Опубл. 26.03.2024. Бюл. № 9.
  30. Абрагам А., Блини Б. Электронный парамагнитный резонанс переходных ионов. Т. I. М.: Мир, 1972.
  31. Haschke M., Flock J., Haller M. X-ray Fluorescence Spectroscopy for Laboratory Applications. Weinheim: Wiley-VCH. 2021.
  32. Беляев Б.А., Изотов А.В., Кипарисов С.Я., Скоморохов Г.В. // ФТТ. 2008. Т. 50. № 4. С. 650.
  33. Изотов А.В., Беляев Б.А. Свид. о гос. рег. прогр. для ЭВМ № 2009616881. 2009.
  34. Беляев Б.А., Изотов А.В. // ФТТ. 2007. Т. 49. № 9. С. 1651.
  35. Игнатченко В.А. // ЖЭТФ. 1961. Т. 40. С. 1228.
  36. Гуревич А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках. М.: Наука, 1973.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the measuring head of the FMR scanning spectrometer.

Download (143KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Printed circuit board of the measuring head of the FMR scanning spectrometer.

Download (355KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Designs of inductive elements of an oscillatory circuit, made on a section of strip conductor (a) and on a coil of one and a half turns (b), the ends of which are soldered to the contact pads of a printed circuit board.

Download (187KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution of the amplitude of the high-frequency magnetic field in round (a) and square (b) measuring holes.

Download (692KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Photographs of microwave heads with a square measuring hole area of ​​1.0 mm2 on the left and 0.5 mm2 on the right.

Download (224KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Ferromagnetic resonance spectra of a 2 nm thick TMP, recorded at a frequency of 3.123 GHz, with a sweep of the magnetic field directed orthogonally to the anisotropy axis, without signal accumulation (solid line) and with accumulation of 9 spectra (dots).

Download (100KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependences of the ferromagnetic resonance field on the angle of the constant magnetic field sweep for TMPs with a thickness of 2 nm (a, b), 3 nm (c) and 100 nm (d). Spectra (a, c, d) were recorded without accumulations, spectrum (b) was obtained by averaging from 9 accumulations.

Download (316KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Distribution of uniaxial magnetic anisotropy fields over the area of ​​samples No. 1 (a) and No. 2 (b), as well as the statistical distribution of the values ​​of these fields.

Download (632KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Distribution of the angles of direction of uniaxial magnetic anisotropy over the area of ​​samples No. 1 (a) and No. 2 (b), as well as the statistical distribution of the values ​​of these angles.

Download (573KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Frequency dependences of the effective saturation magnetization and the FMR line width of the central section of a 25 nm thick Fe20Ni80 permalloy film.

Download (87KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences