mateltechИзвестия высших учебных заведений. Материалы электронной техникиIzvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering1609-35772413-6387MISIS10.17073/1609-3577-2015-1-62-68mateltech-158Research ArticleМатериаловедение и технология. Магнитные материалыMATERIALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. MAGNETIC MATERIALSИССЛЕДОВАНИЯ МАГНИТНЫХ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВЕРХТОНКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ПЛЕНКЕ ЖЕЛЕЗОИТТРИЕВОГО ГРАНАТА МЕТОДОМ КОНВЕРСИОННОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МЕССБАУЭРОВСКОЙ СПЕКТРОСКОПИИStudy of Magnetic and Electrical Hyperfine Interactions in Yttrium Iron Garnet Films by Conversion Electron Mössbauer SpectroscopyМоклякВ. В.MoklyakV. V.

cтарший научный сотрудник лаборатории физики магнитных пленок (23)

Senior Researcher, Laboratory of Physics of magnetic films (23)  

mvvmcv@mail.ruИнститут металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. акад. Вернадского, д. 36, 03680, Киев, УкраинаРоссияG. V. Kurdyumov Institute for Metal Physics, NAS of Ukraine, 36 Academician Vernadsky Boulevard, UA−03680 Kyiv−142, UkraineRussian Federation2015270620151816268Copyright © Мокляк В.В., 20152015Мокляк В.В.Moklyak V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://met.misis.ru/jour/article/view/158

Методом конверсионной электронной мессбауэровской спектроскопии исследованы магнитные и электрические сверхтонкие взаимодействия в приповерхностных слоях эпитаксиальной пленки железоиттриевого граната ориентации (111), выращенной методом жидкофазной эпитаксии. Установлен факт нарушения стехиометрии анионной подрешетки приповерхностных слоев (≈ 8 · 10−8 м) эпитаксиальной пленки железоиттриевого граната и, как следствие, формирование двух типов d−позиций, что связано со значительной концентрацией точечных дефектов в анионной подрешетке в приповерхностной зоне и ростом степени ковалентности химической связи в переходном слое «пленка—воздух». Это также обуславливает наличие зафиксированной дублетной компоненты, которая соответствует ионам железа в парамагнитном состоянии с промежуточной степенью валентности от +2 до +3. Показано, что применение метода диагонализации гамильтониана смешанных квадрупольных и магнитных взаимодействий для интерпретации спектра открыло возможность построения векторной диаграммы пространственной ориентации эффективных магнитных полей на ядрах Fe57, вследствие чего восстановлен механизм формирования вектора результирующего магнитного момента эпитаксиальной пленки железоиттриевого граната. Зафиксирована незначительная неколлинеарность магнитных моментов в а− и d−позициях железа, которая составляет ≈4°. Получены результаты, которые дополняют экспериментальную базу для формирования целостной картины магнитных и электрических сверхтонких взаимодействий в эпитаксиальных ферит−гранатовых пленках, и их необходимо учитывать при практическом использовании магнитных свойств таких материалов. 

In this paper, we used the method of conversion electron Mössbauer spectroscopy to study the magnetic and electric hyperfine interactions in the surface layers of epitaxial films of yttrium iron garnet (111) grown by liquid phase epitaxy. We observed a violation of the stoichiometry in the surface layers of the anion sublattice (≈ 8 ⋅ 10−8 m) of the yttrium iron garnet epitaxial film and, as a consequence, the formation of two types of d−positions, due to the large concentration of point defects in the anion sublattice in the surface area and increasing degree of covalence of the chemical communication in the film/air transition layer. We also revealed the existence of fixed doublet components which correspond to the iron ions in the paramagnetic state with an intermediate valence of +2 ... +3. Application of the Hamiltonian mixed quadrupole diagonalization method and magnetic interactions to interpret the spectrum opened up the possibility of constructing a vector diagram of the spatial orientation of the effective magnetic fields at the Fe57 nuclei, resulting in restoration of the resultant magnetic moment vector formation mechanism for the yttrium iron garnet epitaxial film. We recorded a slight noncollinearity of magnetic moments at the a− and d−positions of iron which is equal to ≈ 4°. The results complement the experimental data on the formation of coherent electric and magnetic hyperfine interactions in epitaxial ferrite−garnet films and must be taken into account in the practical use of the magnetic properties of these materials. 

железоиттриевый гранатжидкофазная эпитаксиямессбауэровская спектроскопиясверхтонкие взаимодействиямагнитная микроструктураэффективное магнитное полемагнитный момент.yttrium iron garnetliquid phase epitaxyMössbauer spectroscopyhyperfine interactionsmagnetic microstructureeffective magnetic fieldmagnetic moment.ReferencesВонсовский, С. В. Магнетизм / С. В. Вонсовский. − М. : Наука, 1971. − 1032 с.Вонсовский, С. В. Магнетизм / С. В. Вонсовский. − М. : Наука, 1971. − 1032 с.Гуденаф,Д.Магнетизмихимическаясвязь/Д.Гуденаф. − М. : Металлургия, 1963. − 325 с.Гуденаф,Д.Магнетизмихимическаясвязь/Д.Гуденаф. − М. : Металлургия, 1963. − 325 с.Ubizskii,S.B.Orientationstatesofmagnetisationinepitaxial (111)−oriented iron garnet films / S. B. Ubizskii // J. Magn. and Magn. Mater. − 1999. − V. 195. − Р. 575—582.Ubizskii,S.B.Orientationstatesofmagnetisationinepitaxial (111)−oriented iron garnet films / S. B. Ubizskii // J. Magn. and Magn. Mater. − 1999. − V. 195. − Р. 575—582.Белозерский, Г. Н. Мессбауеровская спектроскопия как метод исследования поверхности / Г. Н. Белозерский. − М. : Энергоиздат, 1990. − 352 с.Белозерский, Г. Н. Мессбауеровская спектроскопия как метод исследования поверхности / Г. Н. Белозерский. − М. : Энергоиздат, 1990. − 352 с.Башкиров, Ш. Ш. Локальные магнитные поля на ядрах железа в иттриевом феррите−гранате, индуцированные внешним магнитным полем / Ш. Ш. Башкиров, Н. Г. Ивойлов, А. А. Монахов, В. А. Чистяков // ФТТ. − 1973. − Т. 15, No 4. − С. 1058—1061.Башкиров, Ш. Ш. Локальные магнитные поля на ядрах железа в иттриевом феррите−гранате, индуцированные внешним магнитным полем / Ш. Ш. Башкиров, Н. Г. Ивойлов, А. А. Монахов, В. А. Чистяков // ФТТ. − 1973. − Т. 15, No 4. − С. 1058—1061.Серегин, П. П. Физические основы мессбауэровской спектроскопии / П. П. Серегин. − СПб. : Изд−во. СПбГПТУ, 2002. −169 с.Серегин, П. П. Физические основы мессбауэровской спектроскопии / П. П. Серегин. − СПб. : Изд−во. СПбГПТУ, 2002. −169 с.Остафийчук, Б. К. Мессбауэровские исследования монокристаллических пленок железоиттриевого граната во внешнем магнитном поле / Б. К. Остафийчук, В. М. Ткачук, О. М. Ткачук, В. Д.Федорив//Металлофизикаиновейшиетехнологии.−2000. − Т. 22, No 11 − С. 11—16.Остафийчук, Б. К. Мессбауэровские исследования монокристаллических пленок железоиттриевого граната во внешнем магнитном поле / Б. К. Остафийчук, В. М. Ткачук, О. М. Ткачук, В. Д.Федорив//Металлофизикаиновейшиетехнологии.−2000. − Т. 22, No 11 − С. 11—16.Гольданский,В.И.Химическиеприменениямессбауэровской спектроскопии / В. И. Гольданский. − М. : Мир, 1970. − 502 с.Гольданский,В.И.Химическиеприменениямессбауэровской спектроскопии / В. И. Гольданский. − М. : Мир, 1970. − 502 с.Камзин, А. С. Мессбауэровские исследования свойств поверхности и обьема пленок замещенных ферритов−гранатов в области точки Кюри / А. С. Камзин, Ю. Н. Мальцев // ФТТ. − 1997. − Т. 39, No 8. − С.1410—1414.Камзин, А. С. Мессбауэровские исследования свойств поверхности и обьема пленок замещенных ферритов−гранатов в области точки Кюри / А. С. Камзин, Ю. Н. Мальцев // ФТТ. − 1997. − Т. 39, No 8. − С.1410—1414.Mahdi,S.Mossbauerspectroscopystudyofsubstitutedittrium iron garnets / S. Mahdi, D. Abed−Fatah // Solid State Comm. − 1996. − V. 97. − P. 471—476.Mahdi,S.Mossbauerspectroscopystudyofsubstitutedittrium iron garnets / S. Mahdi, D. Abed−Fatah // Solid State Comm. − 1996. − V. 97. − P. 471—476.Greneche, J. M. Spin reorientation in substituted iron garnets investigated by Mossbauer spectrometry / J. M. Greneche, H. Pascard // J. Magn. and Magn. Mater. − 1995. − V. 147 − P. 115— 121.Greneche, J. M. Spin reorientation in substituted iron garnets investigated by Mossbauer spectrometry / J. M. Greneche, H. Pascard // J. Magn. and Magn. Mater. − 1995. − V. 147 − P. 115— 121.Остафийчук,Б.К.Кристаллическаяимагнитнаяструктура имплантированных слоев монокристаллических пленок железоиттриевого граната / Б. К. Остафийчук, В. А. Олейник, В. М.Пылыпив,Б.Т.Семен,Л.М.Смеркло,Б.И.Яворский,В. И. Кравец, И. В. Коваль. − Киев : Ин−т металлофизики, 1991. − 70 с. (препр. АН УССР).Остафийчук,Б.К.Кристаллическаяимагнитнаяструктура имплантированных слоев монокристаллических пленок железоиттриевого граната / Б. К. Остафийчук, В. А. Олейник, В. М.Пылыпив,Б.Т.Семен,Л.М.Смеркло,Б.И.Яворский,В. И. Кравец, И. В. Коваль. − Киев : Ин−т металлофизики, 1991. − 70 с. (препр. АН УССР).Alff,C.HyperfinestructureofFe57inyttrium−irongarnet from the Mossbauer effect / C. Alff, G. K. Wertheim // Phys. Rev. B. − 1961. − V. 122, N 5. − P. 1414—1417.Alff,C.HyperfinestructureofFe57inyttrium−irongarnet from the Mossbauer effect / C. Alff, G. K. Wertheim // Phys. Rev. B. − 1961. − V. 122, N 5. − P. 1414—1417.Housley,R.M.Electrostaticforces,molecular−orbitaltheory and the electric field gradient in yttrium iron garnet / R. M. Housley, R. W. Grant // Phys. Rev. B. − 1972. − V. 29, N 4. − P. 203—206.Housley,R.M.Electrostaticforces,molecular−orbitaltheory and the electric field gradient in yttrium iron garnet / R. M. Housley, R. W. Grant // Phys. Rev. B. − 1972. − V. 29, N 4. − P. 203—206.Kostishyn,V.G.Mössbauerconversivespectroscopyofradiationdefectsingamma−irradiatedmagneticgarnets/V. G. Kostishyn, L. M. Letyuk, M. N. Shipko, V. D. Fedoriv // J. Magn. and Magn. Mater. − 1996. − V. 160. − P. 361—362.Kostishyn,V.G.Mössbauerconversivespectroscopyofradiationdefectsingamma−irradiatedmagneticgarnets/V. G. Kostishyn, L. M. Letyuk, M. N. Shipko, V. D. Fedoriv // J. Magn. and Magn. Mater. − 1996. − V. 160. − P. 361—362.Башкиров,Ш.Ш.Конверсионныемессбауэровскиеисследования эпитаксиальных пленок смешанных ферритов−гранатов /Ш.Ш.Башкиров,Н.Г.Ивойлов,Е.С.Романов,А. П. Кирменский // ФТТ. − 1982. − Т. 24, No 9. − С. 2641—2647.Башкиров,Ш.Ш.Конверсионныемессбауэровскиеисследования эпитаксиальных пленок смешанных ферритов−гранатов /Ш.Ш.Башкиров,Н.Г.Ивойлов,Е.С.Романов,А. П. Кирменский // ФТТ. − 1982. − Т. 24, No 9. − С. 2641—2647.Камзин, А. С. Исследования распределения катионов в поверхностном слое и обьеме пленок замещенных ферритов− гранатов / А. С. Камзин, Ю. Н. Мальцев // ФТТ. − 1997. − Т. 39, No 7. − С. 1248—1252.Камзин, А. С. Исследования распределения катионов в поверхностном слое и обьеме пленок замещенных ферритов− гранатов / А. С. Камзин, Ю. Н. Мальцев // ФТТ. − 1997. − Т. 39, No 7. − С. 1248—1252.Костишин, В. Г. Влияние температуры роста на структуру и некоторые свойства эпитаксиальных пленок Y3Fe5O12 / В. Г.Костишин,В.В.Медведь,Л.М.Летюк//Неорган.материалы. −1999.−Т.35,No2.−С.222—226.Костишин, В. Г. Влияние температуры роста на структуру и некоторые свойства эпитаксиальных пленок Y3Fe5O12 / В. Г.Костишин,В.В.Медведь,Л.М.Летюк//Неорган.материалы. −1999.−Т.35,No2.−С.222—226.Костишин, В. Г. Мессбауэровская спектроскопия и некоторые оптические свойства эпитаксиальных пленок Y3Fe5O12 с различным содержанием ионов Pb / В. Г. Костишин, В. В. Медведь, Л. М. Летюк, М. Н. Шипко // Известия вузов. Материалы электрон. техники. − 2000. − No 1. − С. 42—47.Костишин, В. Г. Мессбауэровская спектроскопия и некоторые оптические свойства эпитаксиальных пленок Y3Fe5O12 с различным содержанием ионов Pb / В. Г. Костишин, В. В. Медведь, Л. М. Летюк, М. Н. Шипко // Известия вузов. Материалы электрон. техники. − 2000. − No 1. − С. 42—47.Kostishyn, V. G. Magnetic microstructure and properties of Y3Fe5O12 epitaxial films witn the various contents of Pb ions / V. G. Kostishyn, V. V. Medved, L. M. Letyuk // J. Magn. and Magn. Mater. − 2000. − V. 215–216. − P. 519—521.Kostishyn, V. G. Magnetic microstructure and properties of Y3Fe5O12 epitaxial films witn the various contents of Pb ions / V. G. Kostishyn, V. V. Medved, L. M. Letyuk // J. Magn. and Magn. Mater. − 2000. − V. 215–216. − P. 519—521.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.