Electronic properties of in-situ prepared nanocrystalline TM1-Ti (TM1 = Fe, Co, Ni) thin films

• Autorzy: Smardz K. , Smardz L.

Warianty tytułu

PL

Własności elektronowe otrzymywanych in-situ nanokrystalicznych cienkich warstw TM1-Ti (TM1 = Fe, Co, Ni)

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT'2004 : XVII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVII; 20-24.06.2004; Łódź, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Equiatomic TM1-Ti (TM1 = Fe, Co, Ni) thin alloy films and TM1/Ti multilayers (MLs) were prepared onto SiO2(101)/Si(111) substrates using UHV RF/DC magnetron sputtering. The chemical composition and the cleanness of all samples was checked in-situ, immediately after deposition, transferring the samples to an UHV (4 x 10^-11 mbar) analysis chamber equipped with XPS and AES. Results showed that the TM1 sublayers grow in the soft magnetic nanocrystalline phase for a thickness lower than the critical one (2.3, 3.0, and 4.0 nm for Fe, Co, and Ni sublayers, respectively). In that case, the average TM1 grain size is significantly smaller than the magnetic exchange length for the TM1 layer (L(ex)). For a thickness greater than the d(crit), the TM1 sublayers undergo a structural transition to the polycrystalline phase with average grains size D > L(ex). Structural studies revealed also the formation of the nanocrystalline TM1-Ti alloy film during the deposition process at a substrate temperature of 293 K. The average TM1Ti crystallites size in direction perpendicular to the substrates determined from the Scherrer equation was about 15 nm. In-situ XPS studies showed that the valence bands of nanocrystalline TM1-Ti alloy films are significantly broader compared to that measured for the polycrystalline bulk alloys.

PL

Cienkie warstwy stopowe TM1-Ti (TM1 = Fe, Co, Ni) i wielokrotne TM1/Ti zostały naniesione na podłoża SiO2(101)/Si(111) metodą rozpylania magnetronowego UHV RF/DC. Skład chemiczny i czystość wszystkich warstw badano in-situ, niezwłocznie po naniesieniu, transferując próbki do komory analitycznej UHV (4 x 10^-11 mbar) wyposażonej w XPS i AES. Rezultaty pokazały, że subwarstwy TM1 rosną w miękkiej magnetycznie fazie nanokrystalicznej poniżej grubości krytycznej wynoszącej 2.3, 3.0, 4.0 nm odpowiednio dla subwarstw Fe, Co, Ni. W tym przypadku, średni rozmiar ziarna TM1 jest znacznie mniejszy od magnetycznej długości wymiany (L(ex)). Dla grubości większych od d(crit), subwarstwa TM1 rośnie w polikrystalicznej o średnim rozmiarze ziarna D > L(ex). Badania strukturalne potwierdziły również tworzenie się nanokrystalicznej warstwy stopowej TM1-Ti podczas procesu nanoszenia w temperaturze 293 K. Średni rozmiar krystalitów TM1-Ti w kierunku prostopadłym do podłoża, określony z równania Scherrera, wynosił około 15 nm. Badania in-situ XPS pokazały, że pasma walencyjne nanokrystalicznych warstw stopowych TM1-Ti są znacznie szersze w porównaniu z pasmami walencyjnymi litych stopów polikrystalicznych.

Słowa kluczowe

PL

cienka warstwa nanokrystaliczna; właściwości elektronowe; warstwa stopowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 3
• Strony: 234--237
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Smardz K.

• Institute of Materials Science and Engineering, Poznań University of Technology, Poznań

autor

Smardz L.

• Institute of Molecular Physics, Polish Academy of Sciences, Poznań

Bibliografia

• [1] L. Smardz, K. Le Dang, H. Niedoba, K. Chrzumnicka: Structural transitions and magnetic behaviuor of different Co phases in Co/Zr multilayers, J. Magn. Magn. Mater. 140-144 (1995) 569.
• [2] L. Smardz: Exchange coupling in Co/Ti layered structures, Soi. State Comm. 112(1999)693.
• [3] I. P. Jain, B. Devi, A. Williamson: Hydrogen in UHV deposited FeTi thin films, Int. J. Hydr. Energy 26 (2001) 1183.
• [4] P. C. Bouten, A. R. Miedema: On the heats of formation of the binary hydrides of transition metals, J. Less Common Metals, 71 (1980) 147.
• [5] R Griessen: Heats of solution and lattice-expansion and trapping energies of hydrogen in transition metals, Phys. Rev. B38 (1988) 3690.
• [6] The Physics and Chemistry of SiO2 and the Si-SiO2 Interface, edited by C.R. Helms and B.E. Deal (Plenum, New York, 1988).
• [7] L. Smardz, U. Kobler and W. Zinn: Oxidation kinetics of thin and ultrathin Co films, J. Appl. Phys. 71 (1992), 5199.
• [8] K. Smardz, L.Smardz: Preparation and characterisation of polycrystalline, nanocrystalline and amorphous Co-Ti thin films, INŻYNIERIA MATERIAŁOWA 5 (2001) 850.
• [9] D. Briggs, in Handbook of x-ray and ultraviolet photoelectron spectroscopy, ed. D.Briggs (Heyden & Son Ltd., London - Philadelphia - Rheine, 1977) p. 153 and references therein.
• [10] G. Herzer: Nanocrystalline soft magnetic materials, J. Magn. Magn. Mater. 157/158 (1996) 133.
• [11] K. Smardz, PhD Thesis, Institute of Molecular Physics, Polish Academy of Sciences, Poznań (Poland), 1999.
• [12] L. Smardz, K. Smardz, R. Czajka: Growth properties of Ti/Co multilayers, Cryst. Res. Technol 36 (2001) 1019.
• [13] K. Smardz, L. Smardz, M. Jurczyk, E. Jankowska: Electronic properties of nanocrystalline and polycrystalline TiFe0 2sNi0 75 alloys, Physica Status Solidi A, 196 (2003) 263.
• [14] M. R. Fitzsimmons, J. A. Estman, R. A. Robinson, A. C. Lawson, J. D. Thompson, R. Morshovich: Magnetic order in nanocrystalline Cr and suppression of antiferromagnetism in BCC Cr, Phys. Rev. B 48 (1993)8245.
• [15] L. Smardz, K. Smardz, M. Nowak, M. Jurczyk: Structure and Electronic Properties of La(Ni,Al)5 Alloys, Cryst. Res. Technol. 36 (2001) 1385.
• [16] S. Shabalovskaya, A. Narmoney, O. Ivanova, A. Dementjev, Electronic structure and stability of Ti-based B2 shape-memory compounds: X-ray and ultraviolet photoelectron spectra, Phys. Rev. B 48 (1993)13296.