Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату

Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату

Методом конверсійної електронної месбауерівської спектроскопії, поєднаним з хімічним травленням, досліджено розподіл параметрів магнітної мікроструктури з товщиною приповерхневого шару епітаксійних плівок залізо-ітрієвого ґранату. Показано, що зміна ступеня валентності заліза Fe³⁺→Fe²⁺, зумовлена ро...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автори: Коцюбинський, В.О., Пилипів, В.М., Остафійчук, Б.К., Федорів, В.Д., Ткачук, В.М., Гарпуль, О.З.
Формат: Стаття
Мова:Ukrainian
Опубліковано: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2014
Назва видання:Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103566
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату / В.О. Коцюбинський, В.М. Пилипів, Б.К. Остафійчук, В.Д. Федорів, В.М. Ткачук, О.З. Гарпуль // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 212-218. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-103566
record_format dspace
spelling irk-123456789-1035662016-06-21T03:02:37Z Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату Коцюбинський, В.О. Пилипів, В.М. Остафійчук, Б.К. Федорів, В.Д. Ткачук, В.М. Гарпуль, О.З. Методом конверсійної електронної месбауерівської спектроскопії, поєднаним з хімічним травленням, досліджено розподіл параметрів магнітної мікроструктури з товщиною приповерхневого шару епітаксійних плівок залізо-ітрієвого ґранату. Показано, що зміна ступеня валентності заліза Fe³⁺→Fe²⁺, зумовлена ростовим входженням в кристалічну структуру ЗІҐ іонів Pb⁴⁺, Pb²⁺ та Pt⁴⁺, має місце в приповерхневих шарах плівки товщиною 0,15—0,18 мкм. Встановлення стехіометричних значень заселеностей окта- і тетраедричних підґраток структури катіонами заліза відбувається на глибині 0,40—0,50 мкм. Доведено, що найбільш чутливими до змін ближнього оточення є октакоординовані іони заліза. Простежено зміни просторової орієнтації магнітних моментів а- та d-підґраток з товщиною приповерхневого шару плівки залізо-ітрієвого ґранату. Методом конверсионной электронной мессбауэровской спектроскопии, совмещенным с химическим травлением, исследовано распределение параметров магнитной микроструктуры по толщине приповерхностного слоя эпитаксиальных пленок железо-иттриевого граната. Показано, что изменение валентности железа Fe³⁺→Fe²⁺, обусловленное вхождением в кристаллическую структуру граната ионов Pb⁴⁺, Pb²⁺ и Pt⁴⁺, наблюдается в приповерхностных слоях пленки толщиной 0,15—0,18 мкм. Стехиометрические значения заселенностей окта- и тетраэдрических подрешеток катионами железа устанавливаются на глубине 0,40—0,50 мкм. Показано, что октакоординированные ионы железа наиболее чувствительны к изменениям симметрии ближнего окружения. Прослежены изменения пространственной ориентации магнитных моментов а- и d-подрешеток по толщине приповерхностного слоя пленки железо-иттриевого граната. The magneticmicrostructure parameters distribution through the thickness of the epitaxial iron garnet films surface layer is investigated by the method of Conversion electron Mössbauer spectroscopy combined with chemical etching. It is shown that the degree of iron valence change Fe³⁺→Fe²⁺ in the crystal structure of YIG, caused by ions Pb⁴⁺, Pb²⁺ and Pt⁴⁺ entry, takes place in the surface layers of the film with thickness 0,15—0,18 mkm. Installing the stoichiometric values of octa- and tetrahedral cation sublattice populations occurs at a depth of 0,40—0,50 mkm. It is proved that the most sensitive to changes in neighbor surroundings are octahedral coordinated iron ions. Changes in the spatial orientation of the magnetic moments of the octa- and tetra-sublattices though the thickness of the yttrium iron garnet film surface layer are traced. 2014 Article Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату / В.О. Коцюбинський, В.М. Пилипів, Б.К. Остафійчук, В.Д. Федорів, В.М. Ткачук, О.З. Гарпуль // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 212-218. — Бібліогр.: 5 назв. — укр. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103566 538.975+ 537. 534.9 uk Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Ukrainian
description Методом конверсійної електронної месбауерівської спектроскопії, поєднаним з хімічним травленням, досліджено розподіл параметрів магнітної мікроструктури з товщиною приповерхневого шару епітаксійних плівок залізо-ітрієвого ґранату. Показано, що зміна ступеня валентності заліза Fe³⁺→Fe²⁺, зумовлена ростовим входженням в кристалічну структуру ЗІҐ іонів Pb⁴⁺, Pb²⁺ та Pt⁴⁺, має місце в приповерхневих шарах плівки товщиною 0,15—0,18 мкм. Встановлення стехіометричних значень заселеностей окта- і тетраедричних підґраток структури катіонами заліза відбувається на глибині 0,40—0,50 мкм. Доведено, що найбільш чутливими до змін ближнього оточення є октакоординовані іони заліза. Простежено зміни просторової орієнтації магнітних моментів а- та d-підґраток з товщиною приповерхневого шару плівки залізо-ітрієвого ґранату.
format Article
author Коцюбинський, В.О.
Пилипів, В.М.
Остафійчук, Б.К.
Федорів, В.Д.
Ткачук, В.М.
Гарпуль, О.З.
spellingShingle Коцюбинський, В.О.
Пилипів, В.М.
Остафійчук, Б.К.
Федорів, В.Д.
Ткачук, В.М.
Гарпуль, О.З.
Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату
Физическая инженерия поверхности
author_facet Коцюбинський, В.О.
Пилипів, В.М.
Остафійчук, Б.К.
Федорів, В.Д.
Ткачук, В.М.
Гарпуль, О.З.
author_sort Коцюбинський, В.О.
title Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату
title_short Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату
title_full Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату
title_fullStr Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату
title_full_unstemmed Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату
title_sort розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2014
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103566
citation_txt Розподіл з глибиною параметрів магнітної мікроструктури в епітаксійній плівці залізо-ітрієвого гранату / В.О. Коцюбинський, В.М. Пилипів, Б.К. Остафійчук, В.Д. Федорів, В.М. Ткачук, О.З. Гарпуль // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 212-218. — Бібліогр.: 5 назв. — укр.
series Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv AT kocûbinsʹkijvo rozpodílzglibinoûparametrívmagnítnoímíkrostrukturivepítaksíjníjplívcízalízoítríêvogogranatu
AT pilipívvm rozpodílzglibinoûparametrívmagnítnoímíkrostrukturivepítaksíjníjplívcízalízoítríêvogogranatu
AT ostafíjčukbk rozpodílzglibinoûparametrívmagnítnoímíkrostrukturivepítaksíjníjplívcízalízoítríêvogogranatu
AT fedorívvd rozpodílzglibinoûparametrívmagnítnoímíkrostrukturivepítaksíjníjplívcízalízoítríêvogogranatu
AT tkačukvm rozpodílzglibinoûparametrívmagnítnoímíkrostrukturivepítaksíjníjplívcízalízoítríêvogogranatu
AT garpulʹoz rozpodílzglibinoûparametrívmagnítnoímíkrostrukturivepítaksíjníjplívcízalízoítríêvogogranatu
first_indexed 2025-07-07T14:04:30Z
last_indexed 2025-07-07T14:04:30Z
_version_ 1836997225186590720
fulltext РОЗПОДІЛ З ГЛИБИНОЮ ПАРАМЕТРІВ МАГНІТНОЇ МІКРОСТРУКТУРИ В ЕПІТАКСІЙНІЙ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2212 © Коцюбинський В. О., Пилипів В. М., Остафійчук Б. К., Федорів В. Д., Ткачук В. М., Гарпуль О. З., 2014 212 УДК 538.975+ 537. 534.9 РОЗПОДІЛ З ГЛИБИНОЮ ПАРАМЕТРІВ МАГНІТНОЇ МІКРОСТРУКТУРИ В ЕПІТАКСІЙНІЙ ПЛІВЦІ ЗАЛІЗО-ІТРІЄВОГО ҐРАНАТУ В. О. Коцюбинський, В. М. Пилипів, Б. К. Остафійчук, В. Д. Федорів, В. М. Ткачук, О. З. Гарпуль ДВНЗ «Прикарпатський національний університет імені Василя Стефаника», Івано-Франківськ, Україна, Надійшла до редакції 25. 05. 2014 Методом конверсійної електронної месбауерівської спектроскопії, поєднаним з хімічним тра ­ вленням, досліджено розподіл параметрів магнітної мікроструктури з товщиною при по вер х­ невого шару епітаксійних плівок залізо­ітрієвого ґранату. Показано, що зміна ступе ня ва лен­ т ності заліза Fe3+→Fe2+, зумовлена ростовим входженням в кристалічну структуру ЗІҐ іонів Pb4+, Pb2+ та Pt4+, має місце в приповерхневих шарах плівки товщиною 0,15—0,18 мкм. Вста­ новлення стехіометричних значень заселеностей окта­ і тетраедричних підґраток структури катіонами заліза відбувається на глибині 0,40—0,50 мкм. Доведено, що найбільш чут ли вими до змін ближнього оточення є октакоординовані іони заліза. Простежено зміни про сто рової орі єнтації магнітних моментів а­ та d­підґраток з товщиною приповерхневого шару плівки за лізо­ітрієвого ґранату. Ключові слова: залізо­ітрієвий ґранат, хімічне травлення, конверсійна електронна ме с­ бауерів ська спектроскопія, магнітна мікроструктура. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПО ГЛУБИНЕ МАГНИТНОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ В ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ПЛЕНКЕ ЖЕЛЕЗО-ИТТРИЕВОГО ҐРАНАТА В. О. Коцюбинский, В. М. Пилипов, Б. К. Остафийчук, В. Д. Федоров, В. М. Ткачук, О. З. Гарпуль Методом конверсионной электронной мессбауэровской спектроскопии, совмещенным с хи­ ми чес ким травлением, исследовано распределение параметров магнитной микроструктуры по толщине приповерхностного слоя эпитаксиальных пленок железо­иттриевого граната. По­ ка зано, что изменение валентности железа Fe3+→Fe2+, обусловленное вхождением в кри стал­ ли ческую структуру граната ионов Pb4+, Pb2+ и Pt4+, наблюдается в приповерхностных слоях пленки толщиной 0,15—0,18 мкм. Стехиометрические значения заселенностей окта­ и тетраэ­ дрических подрешеток катионами железа устанавливаются на глубине 0,40—0,50 мкм. Пока­ зано, что октакоординированные ионы железа наиболее чувствительны к изменениям симме­ трии ближнего окружения. Прослежены изменения пространственной ориентации магнитных моментов а­ и d­подрешеток по толщине приповерхностного слоя пленки железо­иттриевого граната. Ключевые слова: железо­иттриевый гранат, химическое травление, конверсионная электрон­ ная мессбауэровская спектроскопия, магнитная микроструктура. PARAMETER DISTRIBUTION IN DEPTH MAGNETIC MICROSTRUCTURE EPITAKSIALNOY FILM IN YTTRIUM IRON ҐRANATA V. O. Kotsyubinsky, V. M. Pylypiv, B. K. Ostafiychuk, V. D. Fedorov, V. M. Tkachuk, O. Z. Garpul The magneticmicrostructure parameters distribution through the thickness of the epitaxial iron garnet films surface layer is investigated by the method of Conversion electron Mössbauer spectroscopy com bined with chemical etching. It is shown that the degree of iron valence change Fe3+→Fe2+ in the cry stal structure of YIG, caused by ions Pb4+, Pb2+ and Pt4+ entry, takes place in the surface layers of the film with thickness 0,15—0,18 mkm. Installing the stoichiometric values of octa­ and В. О. КОЦЮБИНСЬКИЙ, В. М. ПИЛИПІВ, Б. К. ОСТАФІЙЧУК, В. Д. ФЕДОРІВ, В. М. ТКАЧУК, О. З. ГАРПУЛЬ ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2 213 te trahedral cation sublattice populations occurs at a depth of 0,40—0,50 mkm. It is proved that the most sensitive to changes in neighbor surroundings are octahedral coordinated iron ions. Changes in the spatial orientation of the magnetic moments of the octa­ and tetra­sublattices though the thickness of the yttrium iron garnet film surface layer are traced. Keywords: yttrium iron garnet, chemical etching, Conversion electron Mössbauer spectroscopy, magnetic microstructure. ВСТУП Експлуатаційні характеристики пристроїв на основі ферит­ґранатових плі вок (ФҐП), в тому числі і плівок залізо­ітрієвого ґра­ на ту (ЗІҐ), визначаються, здебільшого, маг­ ні тними властивостями приповерх не вого ша ру (ППШ), які, в свою чергу, пов’язані з його дефектністю та присутністю поля пру жних дефор мацій. Таким чином, досяг­ нен ня заданих структурних і магнітних вла с ти во стей ППШ ФҐП є ак туаль ним за в ­ данням, роз в’язання якого дозволить оп ти­ мі зувати фун кціональні мож ливості мікро­ та нано електронних пристроїв. Зокрема, для створення пристроїв візуалізації про с­ то ро вого розподілу параметрів маг ніт но го поля необхідними є детальні дос лід жен ня впливу на магнітну мікроструктуру ППШ плі вок ЗІҐ умов епітаксійного виро щу вання. Визначальними у формуванні ма г ні тних властивостей плівок є неконтрольова не входження домішок на початковому і кін­ цевому етапах процесу епітаксії з розчи ну­ роз плаву та нерівноважність самого про­ це су росту. Існування перехідного шару «плі вка­повітря», товщина якого в ряді ви­ пад ків співмірна з однорідною частиною плі в ки, зумовлює необхідність вивчення осо бливостей формування його магнітної мі кроструктури та можливостей контроль о­ ваного впливу на неї безпосередньо в про­ це сі епітаксійного росту. Особливу вагу при цьому мають дослідження методом кон версійної електронної месбауерівської (КЕМ) спектроскопії, поєднані з пошаровим травленням та чисельним аналізом ре зуль та­ тів експерименту і моделювання. ОБ’ЄКТИ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ В ряді робіт, зокрема [1, 2], відзначалася типовість формування для епітаксійних ФҐП пе рехідних шарів «плівка­підкладка» та «плівка­повітря» при їх вирощуванні методом Чохральського. Товщина цих шарів залежить від режимів росту, і в першу чер­ гу — від частоти обертання підкладки та шви дкості витягування її з розчину­роз пла ­ ву. Збіднення дифузійного шару роз пла ву феритоутворюючими компонента ми і вхо­ дження в структуру плівки з роз чин ни ка іонів Pb2+, Pb4+ та Pt4+ порушує еле к тро ней­ тра льність, веде до появи в тетра­порожни­ нах іонів Fe2+ і, загалом, до утворення пе­ ре хідного шару «плівка­повітря». В цій ро боті нами вивчався розподіл параметрів ма гнітної мікроструктури плівок ЗІҐ у ППШ та в області, де максимальною є ймо вір­ ність генерації ра діаційних дефектів при типових режимах іонної імплантації. Ре а­ лізовувалося пошарове дослідження мето­ дом КЕМ спектроскопії (глибина виходу еле ктронів конверсії менша за товщину пе­ рехідного шару «плівка­повітря»). Для цьо­ го застосовувалось хімічне травлення плів­ ки ЗІҐ (товщиною 10,2 мкм), вирощеної на під кладці ґадоліній­ґалієвого ґранату. Трав­ лення здійснювалося за методикою [3] в ор­ то фосфорній кислоті при тем пе ра ту рі 388 К, що забезпечило низьку ймовірність перебігу про це сів дифузійного пере роз по ді лу еле­ мен тів за підґратками. Товщина стравлено­ го шару вважалася прямо пропорційною до ча су травлення, швидкість якого складала 5 нм/хв. Спектрометр типу ЯГРС­4М пра­ цював у режимі постійних прискорень. Для покра щен ня якості КЕМ спектрів у вихідній ших ті використовувався оксид Fe2O3, збага­ чений до 8 % ізотопом Fe57. КЕМ спектри от риму валися при кімнатній температурі з ви користанням джерела гама­квантів Co57 в хро мовій матриці. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ При аналізі отриманих КЕМ спектрів (рис. 1) вважалося, що вони є суперпозицією РОЗПОДІЛ З ГЛИБИНОЮ ПАРАМЕТРІВ МАГНІТНОЇ МІКРОСТРУКТУРИ В ЕПІТАКСІЙНІЙ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2214 чотирьох секстетних компонент (по дві для ма гнітонееквівалентних окта (а)­ і тетра (d)­ координованих іонів Fe3+) з врахуванням ймо вірності присутності в плівці іонів заліза з обірваними зв’язками в парамагнітному ста ні (що спричинить появу в складі спект­ ру дублетної компоненти). Присутність в d­позиціях для іонів Fe3+ двох типів ближнь­ ого ото чен ня зумовлена порушенням сте хіо­ мет рії аніон ної підґратки та неконтрольова­ ним входженням в струк туру на кінцевому етапі епітаксії до міш кових атомів з розчи­ ну­розплаву [4]. Кількісні харак те рис тики пар ціальних компонент спектрів наведено в табл. 1. Наявність дублетної компоненти виявлена тільки в спектрах, отриманих для вихідного зразка та після стравлювання першого шару (тов щиною 0,075 мкм). Відносний вміст іо­ нів Fe2+ в парамагнітному стані різко падає до нуля в діапазоні товщин стравленого шару 0,075—0,150 мкм, тобто максимальна кон цент рація неконтрольованих домішок спо стерігається в приповерх невому шарі тов щиною 0,15—0,18 мкм, що підтверд жу­ є ться даними про від носну заселеність d­ та a­по зи цій магнітними іонами. Виявлено, що відношення заселеностей d­ та a­підґраток від хиляється від сте хі о­ мет ричного (nd / na = 3/2) для всьо го до слі­ д жуваного діапазону гли бин (рис. 2), експо­ не н ційно набли жаючись до нього. Таким чином, відповід но до інтерпо ля ­ ційної залеж ності, встановлення сте хі о ме­ тричних зна чень заселеності під ґра ток від­ бу ваєть ся на глибині близько 0,40—0,45 мкм. Це дещо розходиться з ре зуль татами [5], от риманими методом вторин но іонної мас­ спе ктроскопії, відповідно до яких пе ре хі­ д ний шар, ха рак терний ка ті онною не од ­ но рід ністю, має товщину 0,08—0,10 мкм, однак, вища чутливість методу КЕМ спе к­ тро скопії дає підстави стверд жу ва ти, що не­ однорідності маг нітної мікрострук тури про­ с тя гаються на глибини, в 3—4 рази більші. От римані нами резуль тати ко ре люють з да­ ними [1], відповідно до яких товщина пе ре­ хідного шару є функ цією умов росту плі в ки, і для випадку товщини плівки 3 мкм рі в на близько 1 мкм. Встановлено, що параметри маг ніт ної мікроструктури епітак сійних плівок ЗІҐ є ін те нс ив ні ст ь, в ід н. о д. –10 –5 мм/с 0 5 10 д г в б а Рис. 1. Експериментальні КЕМ спектри, отримані для епітаксійних плівок ЗІҐ після пошарового травлен ня, та їх складові, виділені після математичної обробки; товщина стравленого шару 0 мкм (а), 0,075 мкм (б), 0,150 мкм (в), 0,225 мкм (г), 0,00 мкм (д) 1,50 1,45 1,40 1,35 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 z, мкм nd/na 1,498 0,134exp 0,102 d a n z n  = − −   Рис. 2. Залежність відношення заселеностей тетра­ та октаедричної підґраток іонами заліза від товщини стравленого шару для епітаксійної плівки ЗІҐ (точ­ ки — експеримент, суцільна лінія — апроксимаційний роз рахунок) В. О. КОЦЮБИНСЬКИЙ, В. М. ПИЛИПІВ, Б. К. ОСТАФІЙЧУК, В. Д. ФЕДОРІВ, В. М. ТКАЧУК, О. З. ГАРПУЛЬ ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2 215 моно тон ними функціями товщини стравле­ ного шару. Зокрема, зміна величини ефек­ ти в ного маг ніт ного поля на ядрах Fe57 для ви ділених октаед ричних позицій харак те­ ри зуєть ся локальним мінімумом в ділянці 0,12—0,16 мкм. Аналогічний, дещо слабше ви ражений, міні мум спостерігається на за ле жностях Нd1 та Нd2 від z (рис. 3, а). Величина зеєманівського розщеплення зу мовлюється взаємодією магніт но го мо мен­ ту ядра з магнітним полем на яд рі, яке ство­ рюється електронами іона за ліза в ре зу льтаті обмінної по ля ри зації s­електронів вну т ріш­ ніх обо ло нок та результу ючим спіновим моментом 3d­електронів. Зменшення На та Нd пе ред бачає зменшення спінової густини s­електронів на ядрах Fe57, що знаходить ві­ дображення на коор динатних залежностях ве ли чини ізомерного зсуву d (рис. 3,б). Таблиця. Параметри КЕМ спектрів плівок ЗІҐ після пошарового травлення Товщина стравле- ного шару z, мкм Компо- ненти спектру Δ мм/с Н, кЕ δ, мм/с ω, мм/с S, % β, ° 0 a1 0,21 498 0,62 0,27 13 72 а2 –0,02 491 0,63 0,54 28,3 d1 0,27 411 0,24 0,32 18,9 77 d2 –0,03 397 0,38 0,53 37,8 D 2,38 – 0,47 0,31 2 – 0,075 a1 0,18 486 0,54 0,34 27,2 73 а2 –0,06 470 0,78 0,46 12,1 d1 0,37 399 0,17 0,40 24,8 78 d2 –0,01 388 0,32 0,54 33,8 D 2,44 – 0,31 0,28 2,1 – 0,150 a1 0,24 481 0,55 0,32 24,7 85 а2 –0,45 466 0,79 0,66 14,9 d1 0,40 398 0,14 0,31 22,7 82 d2 0,05 383 0,34 0,40 37,7 0,225 a1 –0,06 485 0,49 0,61 27,3 71 а2 0,30 484 0,57 0,27 11,8 d1 0,29 402 0,15 0,44 17,9 70 d2 0,03 387 0,34 0,59 43 0,300 a1 0,18 487 0,51 0,30 21,9 73 а2 0,02 477 0,54 0,45 17,4 d1 0,32 401 0,21 0,35 17,9 72 d2 0,03 387 0,27 0,54 42,8 Похибка ±0,02 ±2 ±0,03 ±0,05 ±0,3 ±1 500 H , к Е 480 460 400 380 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 а1 а2 d1 d2 z, мкм а РОЗПОДІЛ З ГЛИБИНОЮ ПАРАМЕТРІВ МАГНІТНОЇ МІКРОСТРУКТУРИ В ЕПІТАКСІЙНІЙ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2216 Експериментально зафіксо ва но зміни по­ лярних кутів β орієнтації магнітних моментів а­ та d­під ґраток заліза відносно напрямку по ширення γ­променів з глибиною в ППШ плі вки (рис. 4). Відмінності у вели чині цих ку тів на поверхні та в глибині плівки сягають до 15°. Виявлена неколінеарність магнітних мо ментів в а­ та d­під ґрат ках в ППШ може ви никати при заміщенні магніто ак тивних іо­ нів Fe3+ іонами домішкових елементів. Виміряне експериментально значення квадру поль но го розщеплення Δексп відрі з­ ня ється від істинного квадрупольного роз­ щеплення Δ ядер но го рівня зі спіном I = 3/2: . Істинне значення квадрупольного роз­ щеп лен ня розраховується як , де eVzzQ — константа квад рупольної вза є мо­ дії ядра, — параметр асиметрії ґрадієнта елект ри ч­ ного поля (ҐЕП) в області ядра, Vxx, Vyy, Vzz — компоненти ҐЕП, |Vzz| ≥ |Vxx| ≥ |Vyy|. Параметр асиметрії рівний нулю для кристалів, що мі­ с тять вісь третього і вище порядків. Оскільки і ізомерний зсув і квадруполь­ не розщеплення (рис. 5) виз на чають ся елек­ тронною струк турою месбауерівського ато­ ма та впливом іонів ближнього оточення, то можна очі кувати коре ляції між цими величи­ нами для окремих магніто нееквівалентних позицій епітаксійних плівок ЗІҐ. Діаграма взаємозалежності між значення­ ми величин ізомерного зсуву та квадруполь­ ного розщеплення для епітаксійних плівок ЗІҐ, отри маних після по шарового трав лення, містить окремі групи, які від по ві дають па­ рам зна чень (Δ­δ) для окремих підґраток в до слідженому діа па зо ні глибин (рис. 6). Ви­ я влено, що мінімальним є розкид значень для пар (Δ­δ), які характеризують зміну з гли биною електронної кон фі гурації атомів Fe в d­по зиціях. Для a1­позиції (з максималь­ ними значеннями ефек тив ного поля на ядрі) 0,8 а2 а1 d2 d1 δ, м м /с 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 z, мкм б Рис. 3. Залежності величин ефективних полів на яд рах Fe57 (а) та ізомерних зсувів (б) парціальних ком понент месбауерівських спектрів для окремих ма гнітних підграток епітаксійних плівок ЗІҐ від тов­ щи ни стравленого шару 84 а — підгратка d — підгратка 81 78 75 72 69 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 z, мкм β a, β d° Рис. 4. Залежність полярних кутів орієнтації векторів магнітних моментів d­ та a­підґраток заліза відносно напрямку поширення γ­променів від товщини страв­ леного шару 2 експ 3cos 1 2 θ− ∆ = ∆ 2 1 2 3 zzeV Q η ∆ = +    xx yy zz V V V − η = 0,4 ∆, м м /с 0,2 0,0 –0,2 –0,4 –0,6 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 z, мкм d1 a1 d2 a2 Рис. 5. Залежності величини квадрупольного розщеп­ лення парціальних компонент КЕМ спектрів епі та к­ сій них плівок ЗІҐ від товщини стравленого шару В. О. КОЦЮБИНСЬКИЙ, В. М. ПИЛИПІВ, Б. К. ОСТАФІЙЧУК, В. Д. ФЕДОРІВ, В. М. ТКАЧУК, О. З. ГАРПУЛЬ ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2 217 роз кид значень для пар (Δ­δ) порівняно зро­ с тає, проте найбільших зна чень він набуває для випадку a2­позиції. Таким чином, вста­ но влено, що найчутливішими до ближнього ото чен ня є іони заліза в октаедричному ото­ ченні. Як вже згадувалося, порушення ка тіонної та аніонної стехіо метрії ППШ епітаксійної стру ктури зумов люються, в першу чергу, входженням в ЗІҐ домішкових ато мів з роз­ чи ну­розп лаву, що повинно призвести до по рушень в другій коор ди на цій ній сфе рі для тетра­координованих іонів Fe3+. Ві до­ мо, що ве ли чина Vzz залежить від коор ди­ нат як r–3, тому максимальний вплив на неї чи ни тимуть саме зміни в першій коор ди­ на ційній сфері ближнього оточення, яка скла дається з кисневих аніонів. Для близь­ кої до ідеальної ґратки епітаксійних плівок ЗІҐ, які, відповідно до рентґено струк тур них до сліджень, є дос коналими монокриста­ ла ми, можлива реалізація «сферично­си­ ме тричної» конфігурації, при якій кри ста­ лі чний ҐЕП, зумов лений ближнім іонним ото ченням, дорівнює нулю. Якщо припустити, що кисневий окта­ едр ви тягнутий вздовж осі 4­го порядку, то в цьо му випадку два коаксіальні аніони О2– зна ходяться на порівняно більшій відстані від мес бауерівського атома, ніж інші чотири компланарних аніони, що пе ред ба чає змен­ шення їх вкладу у величину кристалічного ҐЕП. В цьому випадку Vzz матиме додатній знак. Якщо деформація октаедра зумовле на стиском вздовж осі 4­го порядку, то сфор му­ ється ҐЕП з негативним знаком: Vzz < 0. Іон Fe3+ у високоспіновому стані в те­ тра е дричному кисневому оточенні во ло діє на півзаповненою сферичносиметричною 3d­оболонкою, а в окта едрич ному ото чен­ ні — заповненою сфе рич но симетричною еле к трон ною під обо лон кою t2g, тобто ҐЕП, зу мов лений не сфе рич ними валентними обо­ лон ками мес бауерівського атома, для обох ви падків відсутній. Для модельної структу­ ри ЗІҐ роз ра хо ва но ве ли чи ну та знак ком­ по нент Vzz кристалічного ҐЕП в міс ці ло ка­ лізації ато мів Fe для нееквівалентних a­ та d­позицій: ( )крzz а V = –5,8·1020 В/м2 та ( )крzz а V = 1,5·1021 В/м2. По рівнянням знаків екс пе­ ри ментально встановлених і теоре тич но роз ра хо ва них компонент ҐЕП на ядрі Fe57 ви явлено, що для аніонних окта едрів, які фор муватимуть а2­по зи ції, харак тер ними є де фор ма ції як стиску, так і розтягу. В той же час для окта едрів, які формуватимуть а1­ по зиції, ха рак тер ними є тільки де фор ма ції роз тягу, при чому їх величина від нос но мен­ ша і змі нюється з глибиною в ППШ по рів ня­ но незначно. ВИСНОВКИ 1. В припо верх невих шарах плів ки товщи­ ною 0,15—0,18 мкм виявлено зміну ва­ лен тності іонів Fe(Fe3+→Fe2+ ), спри­ чи нену вход жен ням при епітаксії в кри сталічну структуру плівки ЗІҐ до мі ш­ кових іонів Pb4+, Pb2+ та Pt4+. Для до слід­ женого діапазону глибин (до 0,3 мкм) відношення заселеностей тетра­ і ок та­ е дри чної підґраток експоненційно на ­ бли жається до стехіометричного зна чен ­ ня, до сягаючи його на глибині близько 0,45 мкм. 2. Ефективні магнітні поля Неф на ядрах Fe57 в окта­позиціях структури ЗІҐ набу ва ють мінімального значення після стра в лю ван­ ня шару плівки товщиною 0,15 мкм. По­ дібний мінімум виявлено на за лежностях Неф на ядрах Fe57 в тетра­по зиціях, що пе ­ редбачає зменшення спі нової гус тини еле­ ктронів на цих яд рах. Встановле ний факт зна ходить ві дображення на за лежностях 0,8 δ, м м /с 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 –0,5 –0,4 –0,3 –0,2 –0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 ∆, мм/с а2 а1 d2 d1 Рис. 6. Взаємозв’язок між значеннями величин ізо­ мер ного зсуву та квадрупольного розщеплення для епі таксійних плівок ЗІҐ, отриманими після пошаро­ вого травлення РОЗПОДІЛ З ГЛИБИНОЮ ПАРАМЕТРІВ МАГНІТНОЇ МІКРОСТРУКТУРИ В ЕПІТАКСІЙНІЙ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2218 від товщини стра вленого шару величин ізомерних зсувів для всіх підґра ток. 3. Діаграма взаємозалежності між величи­ нами ізомерного зсуву та квад рупольного роз щеплення для пошарово стравлених епі таксійних плівок ЗІҐ містить групи, які від по ві дають парам зна чень (Δ­δ) для ок ремих підґраток в дослідженому діа­ па зо ні глибин. Мінімальний розкид зна­ чень виявлено для пар (Δ­δ), що характе­ ри зують зміну з гли биною електронної кон фі гурації атомів Fe в d­по зиціях. Для a1­позиції роз кид значень для пар (Δ­δ) збіль шується, проте мак си мальних зна­ чень він набуває для випадку a2­позиції. Таким чином, най чутливішими до змін ближ нього ото чен ня є іони заліза в ок та­ едричному оточенні. 4. Для структури ЗІҐ розраховано величину та знак компонент тензора Vzz ҐЕП в місці ло ка лі за ції кристалічно нееквівалентних іонів Fe. Порівнянням знаків експе ри­ мен тально встановлених та розрахова­ них ком понент тензо ра ҐЕП на ядрі Fe57 вста нов лено, що для ки сневих окта едрів, які фор муватимуть а2­по зиції, харак тер­ ни ми є де фор ма ції як стис ку, так і розтя гу, при чому їх ве ли чина неод но рід на з гли­ биною в плівці. Для кисневих ок та едрів, які формуватимуть а1­позиції, ха ра к тер­ ни ми є деформації розтягу, при чому їх ве личина відносно менша порівняно з де формаціями стиску, а зміна з глиби­ ною в плів ці порівняно незначна. ЛІТЕРАТУРА 1. Ющук С. И. Слоистая структура эпитаксиа­ ль ных пленок железо­иттриевого граната // ЖТФ. — 1999. — Т. 69, вып. 12. — С. 62 — 64. 2. Ломако И. Д., Дутов А. Г. Влияние наруше­ ний стехиометрии и технологических при­ ме сей на структурные свойства и поглоще­ ние в ИК диапазоне кристаллов Y3Fe5O12 // Кристаллография. — 2002. — Т. 47, № 1. — С. 128—132. 3. Сангвал К. Травление кристаллов: теория, эк сперимент, применение. — М.: Мир, 1990. — 492 с. 4. Остафійчук Б. К., Федорів В. Д., Коцюбин­ сь кий В. О., Мокляк В. В. Месбауерівські дослідження магнітних та електричних надтонких взаємодій в епітаксійних плівках Y3Fe5O12 // Фізика і хімія твердого тіла. — 2005. — Т. 6, № 1. — С. 60—64. 5. Остафійчук Б. К., Ткачук В. М., Пи ли­ пів В. М. Вплив режиму епітаксії на ма­ г нітну мі кро структуру перехідних шарів плі вок ЗІГ // Фізика і хімія твердого тіла. — 2000. — Т. 1, № 2. — С. 319—334. LІTERATURA 1. Yuschuk S. I. Sloistaya struktura epitaksial'nyh plenok zhelezo­ittrievogo granata // ZhTF. — 1999. — Vol. 69, vyp. 12. — P. 62—64. 2. Lomako I. D., Dutov A. G. Vliyanie narushenij ste hiometrii i tehnologicheskih primesej na stru kturnye svojstva i pogloschenie v IK di a­ pa zone kristallov Y3Fe5O12 // Kri stal lo gra fi ya. — 2002. — Vol. 47, No. 1. — P. 128—132. 3. Sangval K. Travlenie kristallov: teoriya, ek­ spe ri ment, primenenie. — M.: Mir, 1990. — 492 p. 4. Ostafіjchuk B. K., Fedorіv V. D., Ko cyu bin­ s'kij V. O., Moklyak V. V. Mesbauerіvs'kі do slі­ d zhe nnya magnіtnih ta elektrichnih nadtonkih vza є modіj v epіtaksіjnih plіvkah Y3Fe5O12 // Fіzika і hіmіya tverdogo tіla. — 2005. — Vol. 6, No. 1. — P. 60—64. 5. Ostafіjchuk B. K., Tkachuk V. M., Pilipіv V. M. Vpliv rezhimu epіtaksії na magnіtnu mі­ kro stru kturu perehіdnih sharіv plіvok ZІG // Fіzika і hіmіya tverdogo tіla. — 2000. — Vol. 1, No. 2. — P. 319—334.

Схожі ресурси