Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄
Определены оптимальные условия роста и свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄, нанесенных электронно-лучевым испарением и магнетронным распылением Fe в среде O₂. Условия роста и некоторые свойства данных пленок, такие как структура, удельное сопротивление, магнитосопротивление, оказалис...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современные проблемы физического материаловедения |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України
2008
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28641 |
| 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: | Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ / А.Ф. Андреева, А.М. Касумов, О.К. Двойненко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 163-165. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860261587215974400 |
|---|---|
| author | Андреева, А.Ф. Касумов, А.М. Двойненко, О.К. |
| author_facet | Андреева, А.Ф. Касумов, А.М. Двойненко, О.К. |
| citation_txt | Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ / А.Ф. Андреева, А.М. Касумов, О.К. Двойненко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 163-165. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современные проблемы физического материаловедения |
| description | Определены оптимальные условия роста и свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄, нанесенных электронно-лучевым испарением и магнетронным распылением Fe в среде O₂. Условия роста и некоторые свойства данных пленок, такие как структура, удельное сопротивление, магнитосопротивление, оказались близкими.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:55:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 537
Свойства поликристаллических пленок
магнетита Fe3O4
А. Ф. Андреева, А. М. Касумов, О. К. Двойненко
Определены оптимальные условия роста и свойства поликристаллических пленок
магнетита Fe3O4, нанесенных электронно-лучевым испарением и магнетронным
распылением Fe в среде O2. Условия роста и некоторые свойства данных пленок,
такие как структура, удельное сопротивление, магнитосопротивление,
оказались близкими.
Введение
Магнетит Fe3O4 является ферромагнитным полуметаллом,
сочетающим в себе 100%-ную поляризацию спинов электронов на уровне
Ферми и высокую температуру Кюри (858 К). Такие свойства делают
пленки на основе магнетита перспективными для использования в
качестве инжектора поляризованных спинов при комнатной температуре
в устройствах спинтроники [1]. Основное внимание в настоящее время
привлекают эпитаксиальные пленки Fe3O4, наносимые различными
методами: лазерным испарением [2] и магнетронным распылением [3],
термическим окислением железа [4], гальваническим электроосаждением
[5]. Не менее интересными являются и поликристаллические пленки
магнетита в связи с возможностью применения более простых условий их
нанесения и эксплуатации. В настоящей работе проведено сравнение
свойств поликристаллических пленок Fe3O4, полученных электронно-
лучевым испарением и магнетронным распылением.
Результаты эксперимента и их обсуждение
Были определены оптимальные условия роста пленок магнетита Fe3O4
на подложках NaCl и плавленого кварца при комнатной температуре. Для
обоих методов они оказались близкими. При электронно-лучевом
испарении Fe в атмосфере О2 скорость роста υ пленок составляла
5―50 нм/мин, парциальное давление кислорода Р = (5·10-4)―(2·10-3) Па.
При магнетронном распылении Fe в атмосфере Ar с добавлением О2 в
соотношении 30 : 1 υ = (10―50) нм/мин, Р = (2―6)·10-3 Па. За пределами
оптимального режима в сторону уменьшения скорости осаждения и
увеличения давления кислорода в обоих методах напыления наблюдали
возникновение Fe2O3-фазы, а в сторону увеличения скорости роста и
уменьшения давления кислорода ― образование Fe-фазы.
Оптимальные условия роста поликристаллических пленок Fe3O4,
наносимых магнетронным испарением (скорость роста и давление газов),
оказались близкими к условиям выращивания данным методом
эпитаксиальных пленок [3].
По данным электронографического анализа, поликристаллические
пленки Fe3O4, нанесенные обоими методами, имели кубическую структуру
O7
h―Fd3m (тип MgAl2O4) с постоянной решетки a = 0,842 нм
(магнетронное распыление) и a = 0,843 нм (электронно-лучевое испарение),
© А. Ф. Андреева, А. М. Касумов, О. К. Двойненко, 2008
163
0 50 100 150 200 250 300 350
h , нм
0
40
80
120
1
0
,
О
м
с
м
-3
.
. 2 1
ρ
5
7
9
11
13
15
50 150 250 350
Т, К
ρ
х
10
-3
, О
м
·с
м
1
2
Рис. 1. Зависимость удельного электро-
сопротивления ρ от толщины h пленок
Fe3O4, нанесенных электронно-лучевым
испарением (1) и магнетронным рас-
пылением (2).
Рис. 2. Температурная зависимость
удельного сопротивления ρ пленки
Fe3O4 (h = 80 нм), полученной
магнетронным напылением: 1 ―
охлаждение; 2 ― нагрев.
ρ·
10
-3
, О
м
·
см
h, нм T, К
0
1
2
3
4
0 10 20 30
1
2
Рис. 3. Зависимость продольного магнито-
сопротивления Δρ/ρ0 многослойных
пленок Fe3O4―Y2O3 от количества слоев
N при направлении тока, перпендику-
лярном (1) и параллельном (2) вектору
магнитного поля.
что близко к литературным данным
для массивного материала (a =
= 0,838 нм) [6].
Удельное электросопротивление ρ
постоянному току, измеренное в плос-
Δ
ρ
ρ0
, %
/
Δρ
/ρ
0,
%
NN
кости пленок Fe3O4 при толщине h > 200 нм (рис. 1), было близким
значению ρ = 4·10-3 Ом·см, известному для объемных образцов магнетита
[7]. Температурная зависимость электросопротивления пленок магнетита,
нанесенных магнетронным распылением, соответствовала возрастанию ρ
при снижении температуры (рис. 2). Такой ход зависимости наблюдался и
в работах по магнетронному напылению эпитаксиальных пленок
магнетита [3]. Однако четкого проявления перехода Вервье в нашем
случае не было отмечено, что обусловлено сильным рассеянием зарядов
на межкристаллитных границах при движении в плоскости пленки. Таким
образом, более четкого проявления перехода Вервье следует ожидать при
поперечном направлении движения зарядов в пленках толщиной, близкой
к размеру одного кристаллита. При электронно-лучевом напылении
пленки магнетита также не проявляли четкого перехода Вервье.
Магнитосопротивление пленок Fe3O4, нанесенных как электронно-
лучевым, так и магнетронным напылением, было близко к нулю, что
также вызвано поликристалличностью. Повысить магнитосопротивление
до 0,1―0,2% в поле индуктивности 1,6 Т удалось при увеличении
толщины пленок до h > 80 нм. Толщина h = 80 нм являлась граничной и
для других характеристик: удельного сопротивления ρ (см. рис. 1) и коэф-
фициента оптического поглощения, что свидетельствует о начале
164
коалесценции островков Fe3O4. Дальнейшее повышение магнитосопро-
тивления наблюдалось при переходе от одно- к многослойным пленкам
Fe3O4, разделенным слоями диэлектрика. На рис. 3 показано, что в
30-слойных пленках Fe3O4―Y2O3 (h каждого слоя Fe3O4 ― 5 нм, Y2O3 ―
10 нм), нанесенных электронно-лучевым испарением, магнитосопро-
тивление в поле с индукцией 1,6 Т достигает 3%.
С ростом числа слоев удельное электросопротивление ρ
многослойных пленок линейно спадает. Наблюдаемое изменение магнито-
и электросопротивления с ростом числа слоев N вызвано возрастающей
возможностью зарядов двигаться не только по своему, но и по соседним
слоям Fe3O4.
Оптические спектры пропускания поликристаллических пленок Fe3O4,
нанесенных электронно-лучевым испарением, имели слабовыраженные
экстремумы, характерные для объемных образцов магнетита [7] в области
энергии фотонов hν падающего света 2, 3 и 5 эВ. В спектрах пленок,
нанесенных магнетронным распылением, такие экстремумы не выявлены.
Выводы
Оптимальные условия роста однофазных поликристаллических пленок
Fe3O4, наносимых электронно-лучевым и магнетронным распылением Fe в
среде О2, близки друг другу: скорость роста пленок υ = 10―50 нм/мин,
парциальное давление кислорода Р = (2―3)·10-3 Па.
Структурные, электрические и оптические свойства поликристалли-
ческих пленок Fe3O4 в основном близки к таковым объемных образцов
магнетита. Однако магнитные свойства, зависящие от поляризации маг-
нитных моментов (эффект Вервье, магнитосопротивление) и измеренные в
продольном направлении, проявляются слабо. Более четкого проявления
данных свойств можно ожидать в пленках толщиной, близкой к размеру
одного кристаллита, при поперечном направлении движения зарядов.
1. Zutic I., Fabian I. S. // Rev. of Modern Phys. ― 2004. ― 75, No. 2. ―
Р. 323―410.
2. Preisler E. I., Brooke I., Oldham N. C., Mo Gill T. С. // J. Vac. Sci. Technol. ―
2003. ― B 21 (4). ― Р. 1745―1748 (Jul/Aug).
3. Sliuziene K. Growth and investigation of magnetite thin films and heterostructures:
Summary of doctoral dissertation. ― Vilnius: Semiconductor physics institute,
2006.
4. Farrow R. F. C. Nanoscale phase separation in Fe3O4 (111) films on sapphire
(0001) and phase stabylity of Fe3O4 (001) films on MgO (001) grown by oxygen-
plasma-assisted molecular beam epitaxy, (SLAC-PUB-10009) (Stanford Linear
Accelerator Center, Stanford Univ., Stanford, CA94309: June 2003).
5. Switzer J. A., Sorenson T. A., Morton S. A. Magnetic properties of Fe3O4 films
grown by epitaxial electrodeposition on the low index planes of gold, (Dan
Waddill: Department of Physics and Graduate Center for Materials Research: Univ.
of Missouri-Rolla: 2002).
6. Физико-химические свойства окислов: (Справ.) / Под ред. Г. В. Самсонова. ―
М.: Металлургия, 1978.
7. Leonov I., Yaresko A. N., Antonov V. N., Anisimov V. I. Electronic structure of
chargeodered Fe3O4 form calculated optical, magneto-optical Kerr effect and
OK-edge x-ray absorption spectra (Arxive: cond-mat/0607107). ― 2006. ― 2,
13 (Nov). ― Р. 1―32.
165
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-28641 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0073 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:55:58Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Андреева, А.Ф. Касумов, А.М. Двойненко, О.К. 2011-11-15T16:59:20Z 2011-11-15T16:59:20Z 2008 Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ / А.Ф. Андреева, А.М. Касумов, О.К. Двойненко // Современные проблемы физического материаловедения: Сб. научн . тр. — К.: ІПМ НАН України, 2008. — Вип. 17. — С. 163-165. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. XXXX-0073 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28641 537 Определены оптимальные условия роста и свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄, нанесенных электронно-лучевым испарением и магнетронным распылением Fe в среде O₂. Условия роста и некоторые свойства данных пленок, такие как структура, удельное сопротивление, магнитосопротивление, оказались близкими. ru Інститут проблем матеріалознавства імені І.М. Францевича НАН України Современные проблемы физического материаловедения Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ Article published earlier |
| spellingShingle | Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ Андреева, А.Ф. Касумов, А.М. Двойненко, О.К. |
| title | Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ |
| title_full | Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ |
| title_fullStr | Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ |
| title_full_unstemmed | Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ |
| title_short | Свойства поликристаллических пленок магнетита Fe₃O₄ |
| title_sort | свойства поликристаллических пленок магнетита fe₃o₄ |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/28641 |
| work_keys_str_mv | AT andreevaaf svoistvapolikristalličeskihplenokmagnetitafe3o4 AT kasumovam svoistvapolikristalličeskihplenokmagnetitafe3o4 AT dvoinenkook svoistvapolikristalličeskihplenokmagnetitafe3o4 |