CC BY
5Ш ▲ lilEEEiE* НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
Влияние особенностей получения нанопроволок FeCo методом матричного синтеза на их структуру и магнитные свойства
Хайретдинова Д.Р.1,2, Долуденко И.М.2, Волчков И.С.2
1-Национальный исследовательский технологический университет МИСиС, Москва 2-Инстиут кристаллографии им. А.В. Шубникова Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт», Москва
Е-mail: [email protected]
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-142-145
Нанопроволоки (НП) из ферромагнитных материалов могут использоваться во множестве применений: в качестве постоянных микромагнитов, функциональных материалов для применения в электронике, спинтронике и медицине [1, 2]. Одним из способов получения массивов НП является матричный синтез. Особенностью метода является возможность контроля свойств НП с помощью регулировки режимов их получения, а также с помощью изменения геометрии матриц [3]. Такие НП могут иметь достаточно сложные и неоднозначные механизмы перемагничивания, а также проявлять свойства, отличные от схожих объемных или наноструктур.
В данной работе были исследованы структурные и магнитные свойства FeCo НП, полученных методом матричного синтеза в порах трековых мембран из полиэтилентерефталата с различными диаметрами (d): 100 нм, 65 нм, 30 нм. Для получения НП использовался электролит, содержащий ~43 % Fe2+ и ~57 % Co2+.
Рост НП проводился в гальванической ячейке при постоянном напряжении 1,5 В. Были получены НП с различными длинами (h): для этого контролировалось время их осаждения (t). Исследования h проводились методом растровой электронной микроскопии (РЭМ). Рентгенофазовый анализ (РФА) был проведён с помощью порошкового дифрактометра с излучением Сика=0,154 нм. Магнитные свойства структур были изучены методом вибрационной магнитометрии в ориентации вдоль (IP) и поперек (OOP) плоскости образцов.
Анализ результатов РЭМ показал, что h нелинейно зависит от t. При этом для различных d зависимость h(t) не одинакова (рис. 1). Сравнение аналитически определенных h(t) с экспериментальными
ШКОЛА-КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЁНЫХ
, «ПРОХОРОВСКИЕНЕДЕЛИ-
22-24 октября 2024 г.
значениями показало нелинейность выхода реакции, связанную с наличием побочных реакций в ходе электроосаждения и особенностями заполнения ограниченного объёма пор.
Рис. 1. Зависимость к БеСо НП различных диаметров от их времени роста
Результаты РФА показали, что в НП присутствует отклонение содержания Бе по к (рис. 2), что может быть связано с эффектом аномального соосаждения Бе и с диффузионными различиями ионов Бе2+ и Со2+ в ограниченном объеме. При этом отклонение содержания Бе по длине имеет нелинейный характер, что наиболее ярко выражено для ^=100 нм. Для d=65 нм этот эффект менее выражен и обладает более монотонной зависимостью, в то время как для d=30 нм практически по всей к образуется эквиатомная фаза твёрдого раствора БеСо. Расчёт размера областей когерентного рассеяния (ОКР) показал, что он также нелинейно изменяется по мере роста НП, что может подтвердить неравномерность скорости роста структур, связанную с процессами осаждения ионов Бе2+ в ограниченный объём поровых каналов.
• 0 = 100 nm 12 £ с ю Ч 0 = 65 nm 1 10 rtv ^ ■ _ JZf = 30 nm
ОД 1.0 1.9 2,0 2.5 3.0 3,4 4.0 4.5 5,0 4.5 60 5 OA i,9 1,5 2,0 1.5 3/3 3.5 1.0 4,5 50 55 00 0,5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 «,0 4,5 5.0
^ equitfomk: FeCo 1 ' / ^ 62 4» л 52 as 30 LL 4j SS <6 В ведайте FeCo
в а C|Fe** > h the eledralyte CiFe3") in the electrolyte CtF«3"} in itw «4ciroiyt»
Рис. 2. Зависимость размера ОКР и содержания Fe по длине НП различных диаметров.
Методом вибрационной магнитометрии были определены коэрцитивная сила (Hc) и приведенная остаточная намагниченность (Mr/Ms) (рис. 3). Для d=100 нм преобладает влияние дипольного магнитного взаимодействия. Значение Hc возрастает в направлении IP, при этом MrlMs имеет достаточно сложный характер, однако
wS НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ АКТИВНЫЕ СРЕДЫ И НАНОСТРУКТУРЫ
высокие значения также преобладают в этом направлении. Для d=65 нм наблюдается «конкуренция» между магнитной анизотропией формы и диполь-дипольным взаимодействием. Для данных НП ось легкого намагничивания (ОЛН) располагается в направлении OOP, при этом наблюдается более монотонное увеличение Hc и Mr/Ms по мере увеличения h. Для d=30 нм значения Hc и Mr/Ms в направлении OOP, больше, чем в направлении IP для всех h. Это говорит о том, что ОЛН таких структур лежит в направлении OOP, а вклад диполь-дипольного взаимодействия мал.
Рис. 3. Зависимость а)Hc и б) Mr/Ms от длины НП различных диаметров.
Таким образом, варьируя диаметр и длину НП, можно регулировать их магнитные и структурные свойства в широком диапазоне, получая как магнитомягкие материалы с ОЛН, лежащей в плоскости образцов, так и магнитожесткие материалы с одноосной магнитной анизотропией. Полученные данные могут позволить получать структуры с заданными параметрами для многих приложений.
Авторы выражают благодарность д.ф.-м.н. Паниной Л.В. и к.ф.-м.н. Загорскому Д.Л. за постановку научной задачи и обсуждение результатов. Работа проведена в рамках выполнения государственного задания НИЦ «Курчатовский Институт». Магнитные измерения проведены на базе НИТУ МИСиС.
1. Moreno J.A., Bran C., Vazquez M. et al., IEEE Trans. Mag. 2021, 57, 800317.
I ssssrass 22-24 октября 2024 г.
А -ПРОХОРОВСКИЕ НЕДЕЛИ-
2. Naud C., Thebault C., Carriere M. et al., Nanoscale Adv. 2020, 2, 3632.
3. Panina L.V., Zagorskiy D.L., Shymskaya A. et al., Phys. Status Solidi A.2022, 219, 2100538.
