Магнитная тонкая плёнка

Магнитная тонкая плёнка, поли- или монокристаллический слой ферромагнитного металла, сплава или магнитного окисла (феррита и др.) толщиной от 0,01 до 10 мкм. М. т. п. находит применение в качестве запоминающих элементов в вычислительной технике (см. Запоминающее устройство) и индикаторов при физических исследованиях. Металлические плёнки получают вакуумным напылением или электролитическим осаждением металла на подложку (сплошным слоем пли отдельными "пятнами"), окисные — с помощью химических реакций и другими методами. Толщины М. т. п. сравнимы с равновесными размерами магнитных доменов. Малая толщина магнитных плёнок препятствует возникновению в них при перемагничивании значительных токов индукции (вихревых токов). Перечисленные и другие особенности М. т. п. приводят к отличию их физических свойств от свойств массивных образцов магнитных материалов.

У металлических М. т. п. толщиной ~ 0,1 мкм намагниченность однородна по толщине и ориентируется в их плоскости.

Изготовленные в магнитном поле, такие плёнки обладают значительной магнитной анизотропией, осью лёгкого намагничивания, направленной вдоль поля, и прямоугольной петлей гистерезиса.

Значение коэрцитивной силы Нс (порогового поля перемагничивания) у плёнок из пермаллоя (80—82% Ni, остальное Fe) толщиной 0,1—10 мкм составляет 0,2—2 а/см.

Важным свойством М. т. п., применяемых в вычислительной технике, является быстрота их перемагничивания. Пермаллоевые М. г. п. способны в импульсных полях ~ 10 а/см перемагничиваться за 10-9 сек (быстрее других магнитных материалов), скорость перемагничивания здесь уже частично ограничена инерционными свойствами элементарных носителей магнитного момента (спинов).

У М. т. п. обнаружены особенности в ферромагнитном резонансе и в гальваномагнитных свойствах; при перемагничивании М. т. п. за 10-9 сек в ней возникает инверсия населённостей магнитных ядерных уровней и возможен мазерный эффект (см. Мазер).

У металлических М. т. п. толщиной ~ 10 мкм получено особое периодическое распределение намагниченности с частичным её выходом из плоскости плёнки — полосовая доменная структура. Поле, необходимое для её перестройки, составляет у пермаллоевых плёнок 10—100 а/см и уменьшается при нагреве, в частности, световым лучом. М. т. п. из сплава Mn — Bi намагничиваются по нормали к поверхности, диаметр независимо намагничиваемых участков может быть снижен до 1 мкм. Плёнки и более толстые слои окислов редкоземельных металлов прозрачны для видимого света, что важно для изучения процессов их намагничивания и технических применений.

На М. т. п. осуществляются запоминающие и логические устройства, основанные на управлении поворотом намагниченности отдельных плёночных элементов или участков плёнки, на смещении доменных границ, изменении параметров полосовой доменной структуры и т.д. Запись информации и её неразрушающее считывание возможны как посредством подаваемых по проводникам электрических сигналов, так и световым лучом. В распространённых запоминающих устройствах матричного типа используется наличие у М. т. п. с прямоугольной петлей гистерезиса двух устойчивых антипараллельных направлений намагниченности, соответствующих записи "0" и "1" в двоичной системе счисления (1 бит информации). Установленное записывающим сигналом направление намагниченности определяет полярность сигнала при считывании и, следовательно, характер записанной информации ("0" или "1"). В таких устройствах наряду с одно- и многослойными плоскими пермаллоевыми М. т. п. применяются цилиндрические, наносимые непосредственно на провода. Плотность записи информации достигает 100 бит/мм2. Низкокоэрцитивные М. т. п. применяются также в сочетании со слоями редкоземельных магнитных окислов, ферритов-гранатов и др., толщиной до 100 мкм, в которых могут быть созданы цилиндрические домены с намагниченностью, нормальной к поверхности слоя. На 1 мм2 такой плёнки может расположиться до 600 доменов, что перспективно для дальнейшей миниатюризации и увеличения быстродействия вычислительных машин. Плёнки с полосовой доменной структурой используются для оптической записи изображений, в частности голографической (см. Голография).

Лит.: Суху Р., Магнитные тонкие пленки, перевод с английского, М., 1967; Бардиж В. В., Магнитные элементы цифровых вычислительных машин, М., 1967; Физика магнитных плёнок, Иркутск, 1968; Колотов О. С., Погожев В. А., Телеснин Р. В., Методы и аппаратура для исследования импульсных свойств тонких магнитных пленок, М., 1970; Фотографирование на магнитные плёнки, М., 1971; "Известия АН СССР, Серия физика", 1972, т. 36, № 7; Крайзмер Л. П., Быстродействующие ферромагнитные запоминающие устройства, М. — Л., 1964; "Institute of Electrical Electronics Engineers. Transactions on Magnet", 1965—72, v. 1—8.

К. М. Поливанов, А. Л. Фрумкин.