Микроструктура тонких пленок железо-иттриевых гранатов, допированных висмутом

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Проведены комплексные структурные исследования наноразмерных пленок железо-иттриевого граната, допированного висмутом, методами рентгеновской диагностики, просвечивающей/растровой электронной микроскопии и энергодисперсионного рентгеновского микроанализа. Определено изменение межплоскостных расстояний по глубине образцов, изучена структура границы раздела пленка–подложка и приповерхностых слоев. Выявлены особенности микроструктуры пленки – наличие пор, отсутствие дислокаций несоответствия на границе раздела, образование частиц маггемита на поверхности пленки и уменьшение содержания Bi по направлению к поверхности пленки. Сделаны предположения о влиянии содержания Bi на магнитооптические свойства в зависимости от толщины пленки.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. А. Субботин

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва

Э. М. Пашаев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва

А. О. Беляева

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва

И. Н. Трунькин

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва

С. С. Дубинин

Институт физики металлов УрО РАН

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Екатеринбург

К. А. Меренцова

Институт физики металлов УрО РАН

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Екатеринбург

М. С. Артемьев

Институт физики металлов УрО РАН

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Екатеринбург

А. П. Носов

Институт физики металлов УрО РАН

Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Екатеринбург

А. Л. Васильев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.vasiliev56@gmail.com
Россия, Москва; Долгопрудный

Список литературы

  1. Zvezdin A.K., Kotov V.A. // Modern Magnetooptics and Magnetooptical Materials. CRC Press, 1997. P. 381. https://doi.org/10.1887/075030362x
  2. Stadler B.J.H., Mizumoto T. // IEEE Photonics J. 2013. V. 6. № 1. P. 1. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2013.2293618
  3. Kharratian S., Urey H., Onbasli M.C. // Adv. Opt. Mater. 2020. V. 8. № 1. P. 1901381. https://doi.org/10.1002/adom.201901381
  4. Alisafaee H., Ghanaatshoar M. // Appl. Opt. 2012. V. 51. № 21. P. 5144. https://doi.org/10.1364/AO.51.005144
  5. Telegin A., Sukhorukov Y. // Magnetochemistry. 2022. V. 8. № 12. P. 173. https://doi.org/10.3390/magnetochemistry8120173
  6. Rehspringer J.-L., Bursik J., Niznansky D. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2000. V. 211. № 1–3. P. 291. https://doi.org/10.1016/s0304-8853(99)00749-0
  7. Erol M., Ozturk Y., Avgin I. et al. // J. Phys.: Conf. Ser. 2009. V. 153. № 1. P. 012049. https://doi.org/10.1088/1742-6596/153/1/012049
  8. Matsumoto K., Sasaki S., Asahara Y. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 1992. V. 104. P. 451. https://doi.org/10.1016/0304-8853(92)90875-O
  9. Sellappan P., Tang C., Shi J. et al. // Mater. Res. Lett. 2017. V. 5. № 1. P. 41. https://doi.org/10.1080/21663831.2016.1195779
  10. Kumar R., Samantaray B., Hossain Z. // J. Phys.: Condens. Matter. 2019. V. 31. P. 435802. https://doi.org/10.1088/1361-648X/ab2e93
  11. Sposito A., Gregory S.A., de Groot P.A.J. et al. // J. Appl. Phys. 2014. V. 115. № 5. https://doi.org/10.1063/1.4864134
  12. Kahl S., Grishin A.M. // J. Magn. Magn. Mater. 2004. V. 278. № 1–2. P. 244. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2003.12.1355
  13. Kidoh H., Morimoto A., Shimizu T. // Appl. Phys. Lett. 1991. V. 59. № 2. P. 237. https://doi.org/10.1063/1.105977
  14. Fratello V.J., Licht S.J., Brandle C.D. et al. // J. Cryst. Growth. 1994. V. 142. № 1–2. P. 93. https://doi.org/10.1016/0022-0248(94)90274-7
  15. Okada M., Katayama S., Tominaga K.J. // Appl. Phys. 1991. V. 69. № 6. P. 3566. https://doi.org/10.1063/1.348498
  16. Deschanvres J.L., Cenda D. // J. Magn. Magn. Mater. 2002. V. 242–245. № 2. P. 1172. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(01)01290-2
  17. Jesenska E., Yoshida T., Shinozaki K. et al. // Opt. Mater. Express. 2016. V. 6. № 6. P. 1986. https://doi.org/10.1364/OME.6.001986
  18. Krumme J.P., Doormann V., Willich P. // J. Appl. Phys. 1985. V. 57. № 8. P. 3885. https://doi.org/10.1063/1.335486
  19. Okuda T., Koshizuka N., Hayashi K. et al. // IEEE Trans. Magn. 1987. V. 23. № 5. P. 3491. https://doi.org/10.1109/TMAG.1987.1065531
  20. Sukhorukov Y.P., Telegin A., Lobov I.D. et al. // J. Magn. Magn. Mater. 2024. V. 608. P. 172415. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172415
  21. Lee I.J., Kim J.Y., Yu C. et al. // J. Vac. Sci. Technol. A. 2005. V. 23. P. 1450. https://doi.org/10.1116/1.2013321
  22. Andreeva M., Baulin R., Nosov A. et al. // Magnetism. 2022. V. 2. № 4. P. 328. https://doi.org/10.3390/magnetism2040023
  23. Yakunin S.N., Makhotkin I.A., Nikolaev K.V. et al. // Opt. Express. 2014. V. 22. № 17. P. 20076. https://doi.org/10.1364/OE.22.020076
  24. Jergel M., Mikulik P., Majkova E. et al. // J. Phys. D. 1999. V. 32. № 10A. P. A220.
  25. Васильев А.Л., Субботин И.А., Беляева А.О. и др. // Физика металлов и металловедение. 2024. Т. 125. № 1. С. 70.
  26. Пруцков Г.В., Чесноков Ю.М., Васильев А.Л. и др. // Кристаллография. 2017. Т. 62. № 6. С. 947. https://doi.org/10.7868/S0023476117060194
  27. Афанасьев А.М., Имамов Р.М., Ломов А.А. и др. // Тр. ФТИАН. 1999. Т. 14. С. 54.
  28. Афанасьев А.М., Чуев М.А., Имамов Р.М. и др. // Письма в ЖЭТФ. 2001. Т. 74. № 10. С. 560.
  29. Chesnokov Y.M., Vasiliev A.L., Prutskov G.V. et al. // Thin Solid Films. 2017. V. 632. P. 79. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2017.04.033
  30. Subbotin I.A., Pashaev E.M., Vasilev A.L. et al. // Phys. B: Condens. Matter. 2019. V. 573. P. 28. https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.06.044
  31. Born M., Wolf E. Principles of optics: electromagnetic theory of propagation, interference and diffraction of light. Cambridge: University Press. 1999. 952 p.
  32. Abel`es F. // J. Phys. Radium. 1950. V. 11. № 7. P. 307. https://doi.org/10.1051/jphysrad:01950001107030700
  33. Dvoryankina G.G., Pinsker Z.G. // Doklady Akademii Nauk SSSR. Russ. Acad. Sci. 1960. V. 132. № 1. P. 110.
  34. Claassen A.A. // Proc. Phys. Soc. London. 1925. V. 38. № 1. P. 482. https://doi.org/10.1088/1478-7814/38/1/348
  35. Mazzocchi V.L., Parente C.B.R. // J. Appl. Cryst. 1998. V. 31. P. 718.
  36. Okudera H., Toraya H. // Z. Kristallogr. 1998. V. 213. P. 461.
  37. Mitra A., Cespedes O., Ramasse Q. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. № 1. P. 11774. https://doi.org/10.1038/s41598-017-10281-6
  38. Fischer P., Hälg W., Stoll E. et al. // Acta Cryst. 1966. V. 21. № 5. P. 765.
  39. Durán A., Ostos C., Arnache O. et al. // J. Appl. Phys. 2017. V. 122. № 13. https://doi.org/10.1063/1.5005908
  40. Sawada H. // J. Solid State Chem. 1997. V. 132. № 2. P. 300. https://doi.org/10.1006/jssc.1997.7462
  41. Thornton J.A. // J. Vac. Sci. Technol. 1974. V. 11. № 4. P. 666. https://doi.org/10.1116/1.1312732
  42. Thornton J.A. // J. Vac. Sci. Technol. 1975. V. 12. № 4. P. 830. https://doi.org/10.1116/1.568682
  43. Masłyk M., Borysiewicz M.A., Wzorek M. et al. // Appl. Surf. Sci. 2016. V. 389. P. 287. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.07.098
  44. Borysiewicz M.A., Dynowska E., Kolkovsky V. et al. // Phys. Status Solidi. A. 2012. V. 209. № 12. P. 2463. https://doi.org/10.1002/pssa.201228041
  45. Fortio Godinho V.C., Rojas Ruiz T.C., Fernández Camacho A. // Micropor. Mesopor. Mater. 2012. V. 149. № 1. P. 142. https://doi.org/10.1016/j.micromeso.2011.08.018
  46. Godinho V., Moskovkin P., Álvarez R. et al. // Nanotechnology. 2014. V. 25. № 35. P. 355705. https://doi.org/10.1088/0957-4484/25/35/355705
  47. Han Y., Li S., Li X. et al. // ACS Omega. 2024. V. 9. № 12. P. 14551. https://doi.org/10.1021/acsomega.4c00540
  48. Dukarov S., Petrushenko S., Sukhov V. et al. // Problems Atomic Sci. Technol. 2014. V. 89. P. 110.
  49. Borysiewicz M.A., Barańczyk P., Zawadzki J. et al. // Crystals. 2024. V. 14. № 11. P. 965. https://doi.org/10.3390/cryst14110965
  50. Lee Y.Z., Zeng W.Y., Cheng I.C. // Thin Solid Films. 2020. V. 699. P. 137913. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2020.137913
  51. Chen L., Kong L., Wang Y. et al. // Metall. Mater. Trans. B. 2024. P. 1. https://doi.org/10.1007/s11663-024-03409-3
  52. Zurbuchen M.A., Lettieri J., Fulk S.J. et al. // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 82. № 26. P. 4711. https://doi.org/10.1063/1.1574406

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Широкоугловая рентгеновская дифрактометрия (а) и кривые дифракционных отражений 444 (б) и 888 (в) от исследуемых образцов толщиной 30 (1) и 51 нм (2).

Скачать (235KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Восстановленные профили распределения межплоскостного расстояния по глубине для пленок толщиной 30 (а) и 51 нм (б). Штриховыми и пунктирными линиями показаны значения межплоскостных расстояний d444 (1) и d888 (2) для идеальных монокристаллов BiY2Fe5O12 и Gd3Ga5O12.

Скачать (178KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Экспериментальные (точки) и теоретические (сплошные линии) кривые рентгеновской рефлектометрии пленок толщиной 30 (а) и 51 нм (б), полученные для итоговой модели структуры. Нижние линии – кривые невязок σ.

Скачать (187KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Профили распределения поляризуемости χ0 – χh по глубине пленок толщиной 30 (а) и 51 нм (б), полученные в результате анализа угловых зависимостей коэффициента зеркального отражения (1) и дифракционных отражений 444 (2) и 888 (3).

Скачать (171KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Светлопольные ПЭМ-изображения поперечных сечений образцов толщиной 30 (а) и 51 нм (б). Слои Pt и Au технологические, сформированы в процессе подготовки образцов для электронно-микроскопических исследований, α – аморфный слой на поверхности образца.

Скачать (284KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Темнопольное ВКТД–ПРЭМ-изображение поперечного среза образца толщиной 51 нм (а) и карты распределения элементов: б – Bi, в – Y, г – Fe, д – Ga, е – О, ж – Gd, з – составная карта Gd, Ga, Bi, Y, Au.

Скачать (627KB)
Метаданные
8. Рис. 7. ВРПЭМ-изображение пленки BYIG (а): квадратом выделена частица γ-Fe2O3, прямоугольником – область ЭРМ-картирования; α – аморфный слой на поверхности пленки. Двумерный спектр Фурье, соответствующий γ-Fe2O3 в проекции [112] (б). ЭРМ-карта распределения Bi (в), Fe (г) и Y (д).

Скачать (774KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Графики распределения элементов, измеренных по линии от внешней поверхности защитной золотой пленки Au до ~40 нм в глубине подложки GGG. В нижней части показано ВКТД–ПРЭМ-изображение поперечного среза образца толщиной 30 нм, стрелка обозначает направление сканирования. На вставке – распределение Ar в области поры.

Скачать (375KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Темнопольное ВКТД–ПРЭМ-изображение поперечного среза образца толщиной 51 нм (а) и карты распределения элементов: б – Bi, в – составная карта Bi, Y, Fe.

Скачать (161KB)
Метаданные
11. Рис. 10. ВРПЭМ-изображения образцов пленок толщиной 30 (а) и 51 нм (α – аморфный слой на поверхности пленки BYIG) (б) в проекции [110]. Стрелками обозначена предполагаемая граница раздела.

Скачать (639KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025