Наблюдение магнитной доменной структуры тонких пленок сплава Fe 86mn 13C методами лоренцевой электронной микроскопии Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

УДК 537.9

НАБЛЮДЕНИЕ МАГНИТНОЙ ДОМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ТОНКИХ ПЛЕНОК СПЛАВА Fe86Mn13C МЕТОДАМИ ЛОРЕНЦЕВОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ МИКРОСКОПИИ

М. Н. Волочаев1, Л. И. Квеглис2, Ю. Ю. Логинов1

1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: volochaev91@mail.ru 2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: kveglis@list.ru

Исследуется кристаллическая и магнитная доменная структура тонких пленок сплава Fe86Mn13C методами просвечивающей электронной микроскопии. Обнаружена зависимость магнитной структуры пленок от условий их получения.

Ключевые слова: тонкие пленки, магнитная структура, Лоренцева электронная микроскопия.

THE OBSERVATION OF MAGNETIC DOMAIN STRUCTURE IN Fe86Mn13C ALLOY THIN FILMS

BY LORENTZ ELECTRON MICROSCOPY

M. N. Volochaev1, L. I. Kveglis2, Yu. Yu. Loginov1

1 Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: volochaev91@mail.ru 2 Siberian Federal University 79, Svobodny prosp., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: kveglis@list.ru

Crystal structure and magnetic domain structure of Fe86Mn13C alloy thin films are investigated by Lorentz electron microscopy. The correlation between thin films magnetic structure and conditions for their preparation was found.

Keywords: thin films, magnetic structure, indicators, Lorentz electron microscopy.

Сплав Ре86Мп13С, известный также как сталь Гад-фильда, широко используется в машиностроении, благодаря своей склонности к самоупрочнению (наклепу). Ученым этот сплав интересен благодаря своим уникальным физическим, электрическим и магнитным свойствам [1]. Также было обнаружено, что магнитная анизотропия сплава связана с возникновением мартенситной фазы, образованной в результате механического воздействия на материал. В настоящее время особый интерес вызывает возможность использования сплава Бе86Мп13С как дешевого материала для термоэлектрических преобразователей и различных задач спинтроники.

В настоящей работе исследуется взаимосвязь кристаллической и магнитной структуры тонких пленок сплава Бе86Мп13С в зависимости от способа их получения. Пленки были получены методом вакуумного термического осаждения на установке ВУП-4 при рабочем вакууме 10-5 мм. рт. ст. на подложки из №С1 при различных температурах подложек: комнатной (25°С), 200°С, 300°С и 400°С. При каждой температуре подложек проводилось два напыления с различной скоростью осаждения: быстрое осаждение (~5-7 с) и медленное осаждение (~30-40 с). Толщина пленок составляла порядка 200-300 А. Для наблюдения кристаллической структуры пленок использовали просвечивающие электронные микроскопы ПРЭМ-200 и

Hitachi TM-7700. Фазовый состав пленок определяли по расшифровке дифракционных картин, полученных с пленок. Доменная структура пленок исследовалась методами Лоренцевой электронной микроскопии, для которой использовался режим выключенной объективной линзы микроскопа и режим небольшой дефокусировки изображения [2].

Исследование пленок, полученных при комнатной температуре подложек, показало отсутствие магнитного контраста. На микроэлектронограммах наблюдали размытые дифракционные кольца, соответствующие ОЦК структуре, а также сверхструктурные рефлексы, соответствующие тетраэдрически плотноупа-кованной фазе со структурой Франка-Каспера ФК-12. Пленки обладали сеточной структурой, собранной из структурных элементов размером порядка 10А. Пленки, полученные при температуре подложек 200 °С и быстром осаждении не создавали магнитный контраст. Электронограммы показали четкое выделение ОЦК фазы и присутствие тетраэдрически плотноупа-кованных фаз со структурами Франка-Каспера ФК-12 и ФК-14.

На рис. 1, а представлено электронно-микроскопическое изображение магнитного контраста, полученного с пленки сплава Fe86Mni3C при температуре подложек 200 °С и медленном осаждении. Магнитная структура имеет вид ЦМД (цилиндрических магнит-

Решетневскуе чтения. 2014

ных доменов). Фазовый состав пленок имел ГЦК структуру и тетраэдрически плотноупакованную фазу ФК-12. На рис. 1, б приведено электронно-микроскопическое изображение участка внутри ЦМД. Съемка проведена в обычном режиме микроскопа.

На рис. 2 представлены доменные структуры пленок сплава Ре86Мп13С, полученных при температуре подложек 300 °С при быстром (а) и медленном (б) осаждении. Магнитная структура при быстром охлаждении имеет преимущественно «бабловый» и «вихревой» характер. Магнитная структура при медленном имеет преимущественно «страйповый» характер. Пленки поликристаллические, имеют структуру с

ОЦК решеткой и тетраэдрически плотноупакованные фазы ФК-12 и ФК-14.

На рис. 3 представлены доменные структуры пленок сплава Ре86Мп13С, полученные при температуре подложек 400 °С при быстром (а) и медленном (б) осаждении. Магнитная структура пленок при быстром осаждении имеет преимущественно «вихревой» характер.

Магнитная структура пленок при медленном осаждении - смесь «вихревой» и «страйп» структуры. Фазовый состав пленок не является однородным -ферромагнитная фаза с ОЦК решеткой содержит включения фазы ФК-12. Размеры монокристаллических включений более 10 нм.

а б

Рис. 1. Магнитный контраст (а) и электронно-микроскопическое изображение участка внутри ЦМД (б) пленки Ге86Мп13С, полученной при температуре подложки 200 °С

и медленном осаждении.

а б

Рис. 2. Доменные структуры пленок сплава Ге86Мп13С, полученных при температуре подложек 300 °С: а - при быстром осаждении; б - при медленном осаждении

а б

Рис. 3. Доменные структуры пленок пленок сплава Ге86Мп13С, полученных при температуре подложек 400 °С

Дальнейшее исследование в данной области позволит получать пленки с заданной магнитной структурой, что дает возможность их использования для создания дешевых элементов спинтроники.

Библиографические ссылки

1. Квеглис Л. И., Волочаев М. Н., Паничкин Ю. В. и др. Структура, магнитные свойства и трехмерное моделирование мартенсита деформации в сплаве Бе86Мп13С // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2012. № 4(57). С. 111-114.

2. Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М. : Мир, 1968. 575 с.

References

1. Kveglis L. I., Volochaev M. N., Panichkin Yu. V. et al. Structure, magnetic properties, and three-dimensional modeling of martensite deformation in the Fe86Mn13C alloy // Processing of metals: technology, equipment and tools. 2012. № 4 (57). P. 111-114

2. P. Hirsch, A. Howie, R. Nicholson, D. Pashley, M. Whelan, Electron microscopy of thin crystals. Moscow, Mir, 1968. 575 p.

© Волочаев М. Н., Квеглис Л. И., Логинов Ю. Ю., 2014

УДК 620.3

СОЗДАНИЕ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОГО ПРОВОДЯЩЕГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ САМООРГАНИЗОВАННОГО ШАБЛОНА

А. С. Воронин1,2,3, Ф. С. Иванченко1,2, С. В. Хартов2,3

1Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, Красноярск, просп. Свободный, 79. E-mail: office@sfu-kras.ru

2ООО «ФанНано»

Российская Федерация, 660036, Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: stas_f1@list.ru 3Отдел молекулярной электроники КНЦ СО РАН Российская Федерация, 660036, Красноярск, Академгородок, 50. E-mail: cnb@ksc.krasn.ru

Впервые продемонстрирована возможность формирования микросетчатого прозрачного проводящего покрытия на основе самоорганизованного шаблона. Шаблон формируется за счет квазиупорядоченного растрескивания гелевой пленки в процессе высыхания. Метод позволяет варьировать параметры сетки за счет изменения толщины первоначальной жидкой пленки. Предложенная методика является низкозатратной альтернативой традиционным методам литографии в задачах создания прозрачных проводящих покрытий.

Ключевые слова: прозрачные проводящие покрытия, самоорганизация, золь-гель переход.

CREATING OPTICALLY TRANSPARENT CONDUCTIVE COATING BASED ON SELF-ORGANIZED TEMPLATE

A. S. Voronin123, F. S. Ivanchenko12, S. V. Khartov23

1 Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation. E-mail: office@sfu-kras.ru

2 Ltd. "FanNano"

50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: stas_f1@list.ru 3 Department of Molecular Electronics KSC SB RAS, 50, Academgorodok, Krasnoyarsk, 660036, Russian Federation. E-mail: cnb@ksc.krasn.ru

For the first time the possibility of developing a micro mesh transparent conductive coating based on the self-organized pattern is demonstrated. Template is formed by the quasi-ordered cracking of the gel film in the drying process. The method allows to change the parameters of the mesh by changing the thickness of the initial liquid film. The proposed technique is a low-cost alternative to traditional methods of lithography in the task of creating transparent conductive coatings.

Keywords: Transparent conductive coating, self-organization, the sol-gel transition.

Проводящие покрытия, обладающие оптической прозрачностью, а также прозрачностью в других диапазонах спектра, имеют существенное практическое значение. Они находят своё применение при изготов-

лении таких объектов техники, как электрообогревае-мые и электрохромные стёкла, панели для дисплеев, в том числе сенсорные (тачскрины), электроды для органических светодиодов, электронной бумаги, сол-