Реєстраційний номер
0522U100002, Докторська дисертація
На здобуття
Доктор фізико-математичних наук
Дата захисту
21-12-2021
Статус
Захищена
Назва роботи
Термодифузійні структурно-фазові зміни в гетерогенних системах на основі магнітних і немагнітних наношарів
Здобувач
Владимирський Ігор Анатолійович, Кандидат технічних наук
Керівник Волошко Світлана Михайлівна
Консультант Волошко Світлана Михайлівна
Опонент Кладько Василь Петрович
Опонент Львов Bіктор Анатолійович
Опонент Кравець Анатолій Федорович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова Національної академії наук України
Опис
Робота присвячена експериментальному і теоретичному дослідженню термічно-індукованих процесів дифузії та впорядкування за різними кінетичними режимами та механізмами в гетерогенних плівкових композиціях
Pt/Fe із різною конфігурацією додаткових наношарів магнітних (Mn, Tb), немагнітних (Ag, Au) і основних (Fe, Pt) елементів, а також встановленню температурних інтервалів стабільності магнітно-твердої фази L10-FePt з перспективними для наноелектроніки та спінтроніки властивостями.
Виявлено, що закономірності фазоутворення та напрямок дифузійного потоку атомів Ме у нанорозмірних системах Pt/Me/Fe (Me – Mn, Tb, Au) в інтервалі температур (0,3 – 0,5) Тпл термодинамічно визначаються співвідношенням ентальпій формування оксидів проміжного Ме та Fe: метал проміжного шару з високою спорідненістю до кисню сегрегує на зовнішній поверхні, метал з низькою спорідненістю до кисню – біля підкладинки.
За кореляцією електрорезистивних, магнітних та структурно-фазових характеристик визначено температуру Кюрі невпорядкованої фази A1-FePt та впорядкованої фази L10-FePt для плівкових систем Pt(15 нм)/Fe(15 нм) та
Fe50Pt50(30 нм) і показано, що фактор нанорозмірності суттєво не впливає на температуру магнітного переходу, різниця між температурами Кюрі досліджуваних фаз у плівковому і масивному станах не перевищує ~3 %.
Доведено можливість низькотемпературного формування кінетично стабільної магнітно-твердої фази L10-FePt у нанорозмірних плівкових композиціях Pt/Fe та Pt/Au/Fe за температур ~0,2 Тпл за механізмом реакційної
дифузії, індукованої рухом границь зерен; додавання проміжного шару Au до системи Pt/Fe обумовлює прискорення процесів взаємної дифузії атомів Pt та Fe, формування шару невпорядкованої фази А1-FePt після часткової «холодної» гомогенізації хімічного складу, впорядкування з утворенням фази L10-FePt, що дозволяє суттєво збільшити коерцитивну сили плівкового матеріалу. При цьому кінетика низькотемпературного впорядкування структури плівкових систем на основі Pt/Fe внаслідок додавання проміжного шару благородного металу залежить від характеру його взаємодії з основними компонентами: відсутність проміжних метастабільних фаз є додатковим фактором, що прискорює процес впорядкування; гомогенізації хімічного складу плівкових систем Pt/Me/Fe (Me – Au; Ag) із досягненням еквіатомної концентрації Fe50Pt50 за всією товщиною плівки та дальнього структурного порядку фази L10-FePt за умов кінетичного режиму зернограничної дифузії типу С не відбувається, але сформований структурно-фазовий стан забезпечує рівень магнітних характеристик, який відповідає високотемпературному інтервалу відпалу.
Зміна конфігурації додаткових магнітних і немагнітних шарів з симетричної на асиметричну в нанорозмірних композиціях на основі Pt/Fe дозволяє не тільки прискорювати процес формування впорядкованої фази L10-FePt із підвищенням значення коерцитивної сили, але і створювати градієнтний розподіл магнітно-твердої і магнітно-м’якої фаз в одному об’ємі плівкового
матеріалу.
Комплексний підхід, який передбачає зміну атмосфери термічного впливу з нейтральної на водневмісну та збільшення кількості наношарів феромагнітного сплаву FePt і немагнітного Au з формуванням періодичної композиції
[FePt/Au/FePt]2x, дозволяє вдвічі збільшити коерцитивну силу порівняно із сплавом FePt, підвищити температуру рекристалізації, стабілізувати розмір зерен впорядкованої фази L10-FePt та поверхневу шорсткість плівкового
матеріалу.
Розвинуто модельні уявлення щодо розвитку дифузійних процесів у гетерогенних плівкових системах із різною конфігурацією магнітних і немагнітних наношарів за механізмами дифузійно-індукованої міграції границь зерен та реакційної дифузії, індукованої рухом границь зерен.
Методом молекулярної динаміки проведено теоретичний аналіз процесу самодифузії Fe і Pt у впорядкованій фазі L10-FePt за об’ємним механізмом T ~ (0,7 – 0,85) Тпл, визначено кількісні параметри цього процесу і підтверджено його анізотропний характер; параметри самодифузії Fe визначено також експериментальним шляхом у плівковій епітаксіальній системі із наношарами різного ізотопного складу – 56Fe та 57Fe; теоретичні та експериментальні результати підтверджують суттєвий внесок границь зерен до контрольованих дифузією процесів фазоутворення в нанорозмірних матеріалах для усіх
досліджених температурних інтервалів.
Встановлені фізичні закономірності, розроблені модельні уявлення, а також визначені практично важливі характеристики створюють наукові основи керування у широких температурних інтервалах структурно-фазовими станами і фізичними властивостями гетерогенних плівкових систем із різною конфігурацією магнітних і немагнітних наношарів і представляють інтерес для розробки інноваційних технологій виробництва плівкових елементів і приладів
наноелектроніки і спінтроніки.
Дата реєстрації
2022-01-03
Додано/оновлено в НРАТ
2022-03-09 / 2026-07-01
