Preview

Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники

Расширенный поиск

Влияние условий синтеза и состава на структурно-фазовые состояния и электрические свойства наногранулированных пленок (FeCoZr)x(ЦТС)100-x (30 ≤ x ≤ 85 % (ат.))

https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-3-143-152

Полный текст:

Аннотация

Гранулированные пленки, содержащие наночастицы сплава Fe50Co50Zr10 внутри матрицы сегнетоэлектрика Pb0,81Sr0,04(Na0,5Bi0,5)0,15(Zr0,575Ti0,425)O3 (ЦТС), характеризуются комплексом функциональных магнитных и электрических характеристик, которые могут эффективно управляться посредством внешнего электрического или магнитного поля. Формирование необходимой гранулированной структуры в случае матрицы ЦТС возможно исключительно при синтезе в кислородсодержащей атмосфере, приводящей к значительному окислению металлических наночастиц. Таким образом, актуальной задачей является изучение степени окисления металлических наночастиц в зависимости от условий синтеза, а также влияния формирующихся фаз на электрические свойства пленок.
Методами рентгеноструктурного анализа, спектроскопии EXAFS и измерения электросопротивления четырехзондовым методом изучена взаимосвязь структурно-фазового состояния и электрических характеристик гранулированных пленок (FeCoZr)x(ЦТС)100-x (30 ≤ x ≤ 85 % (ат.)), полученных в кислородсодержащей атмосфере при давлении РO в диапазоне (2,4—5,0) ⋅ 10-3 Па.
Сравнительный комплексный анализ структурно-фазового состава и локального атомного порядка в пленках (FeCoZr)x(ЦТС)100-x впервые показал принципиальное влияние давления кислорода 
РО при синтезе на окисление наночастиц и их фазовый состав. Установлено, что в случае давления кислорода, не превышающего значения РО = 3,2 ⋅ 10-3 Па, с возрастанием x происходит переход от наночастиц сложных оксидов Fe(Co,Zr)O к суперпозиции сложных оксидов и ферромагнитных наночастиц α-FeCo(Zr,O) (или их агломераций). При более высоком давлении кислорода 
РО = 5,0 ⋅ 10-3 Па наблюдается полное окисление наночастиц с образованием сложного оксида (FexCo1-x)1-δO со структурой вюстита.
Формирующийся структурно-фазовый состав позволяет объяснить полученные температурные зависимости электросопротивления гранулированных пленок. Эти зависимости характеризуются отрицательным температурным коэффициентом электросопротивления (ТКС) во всем диапазоне составов пленок при высоком давлении кислорода (РО = 5,0 ⋅ 10-3 Па) и переходом к положительному ТКС при более низком давлении кислорода (РО = 3,2 ⋅ 10-3 Па) в атмосфере синтеза и x ≥ 69 % (ат.) в пленках. Переход от отрицательного к положительному ТКС, свидетельствующий о наличии металлического вклада в проводимость, полностью коррелирует с обнаружением методами РСА и EXAFS неокисленных ферромагнитных наночастиц α-FeCo(Zr,O) или их агломераций.

Об авторе

Ю. А. Федотова
Институт ядерных проблем Белорусского государственного университета
Беларусь

ул. Бобруйская, д. 11, Минск, 220006, Беларусь

Федотова Юлия Александровна — доктор физ.-мат. наук, главный научный сотрудник, заместитель директора



Список литературы

1. Золотухин И.В., Стогней О.В. Физика наносистем: графены и гранулированные нанокомпозиты: учеб. пособие. Воронеж: Воронежский государственный технический университет; 2011. 226 с.

2. Ситников А.В. Электрические и магнитные свойства наногетерогенных систем металл-диэлектрик: дис. … д-ра физ.-мат. наук. Воронеж; 2009. 280 с.

3. Blinov M.I., Shakhov M.A., Rylkov V.V., Lähderant E., Prudnikov V.N., Nikolaev S.N., Sitnikov A.V., Granovsky A.B. Magnetoresistance of (Co40Fe40B20)x(SiO2)100-x and (Co84Nb14Ta2)x(Al2O3)100-x nanocomposites below the percolation threshold in pulsed magnetic fields. J. Magn. Magn. Mater. 2019; 469: 155—160. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.08.023

4. Kalinin Yu.E., Makagonov V.A., Sitnikov A.V., Granovsky A.B. Electrical properties of ferromagnetic-insulator nanocomposites. Eur. Phys. J. Web Conf. 2018; 185: 03001. https://doi.org/10.1051/epjconf/201818503001

5. Antonets I.V., Kotov L.N., Golubev E.A., Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V. The structure, conductive properties, and reflective properties of amorphous granulated (Co45Fe45Zr10)x(ZrO)1-x composite films. Tech. Phys. 2017; 62: 261—269. https://doi.org/10.1134/S1063784217020025

6. Kulyk M.M., Kalita V.M., Lozenko A.F., Ryabchenko S.M., Stognei O.V., Sitnikov A.V., Korenivski V. Magnetic properties and anisotropic coercivity in nanogranular films of Co/Al2O3 above the percolation limit. J. Phys. D: Appl. Phys. 2014; 47(34): 345002. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/34/345002

7. Antonets I.V., Kotov L.N., Golubev E.A., Kalinin Yu.E., Sitnikov A.V. Nanostructure and electrical conductivity of amorphous granulated (Co45Fe45Zr10)x(Al2O3)1-x composite films. Tech. Phys. 2016; 61(3): 416—423. https://doi.org/10.1134/S1063784216030038

8. Mikhailovskii Yu.O., Prudnikov V.N., Ryl’kov V.V., Chernoglazov K.Yu., Sitnikov A.V., Kalinin Yu.E., Granovskii A.B. Logarithmic temperature dependence of electrical resistivity of (Co41Fe39B20)x(AlO)100-x nanocomposites. Phys. Solid State. 2016; 58(3): 444—446. https://doi.org/10.1134/S1063783416030227

9. Касюк Ю.В., Федотова Ю.А., Marszalek M., Karczmarska A., Mitura-Nowak M., Калинин Ю.Е., Ситников А.В. Влияние давления кислорода на фазовый состав и магнитную структуру нанокомпозитов FeCoZr—Pb(ZrTi)O3. Физика твердого тела. 2012; 54(1): 166—172. http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/497

10. Kołtunowicz T.N., Fedotova J.A., Zhukowski P., Saad A., Fedotov A., Kasiuk J.V., Larkin A.V. Negative capacitance in (FeCoZr)—(PZT) nanocomposite films. J. Phys. D: Appl. Phys. 2013; 46(12): 125304. https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/12/125304

11. Saad A., Fedotova J., Nechaj J., Szilagyi E., Marszalek M. Tuning of magnetic properties and structure of granular FeCoZr-Al2O3 nanocomposites by oxygen incorporation. J. Alloys Compd. 2009; 471(1–2): 357—363. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.03.120

12. Fedotova J.A., Przewoznik J., Kapusta Cz., Milosavljević M., Kasiuk J.V., Zukrowski J., Sikora M., Maximenko A.A., Szepietowska D., Homewood K.P. Magnetoresistance in FeCoZr-Al2O3 nanocomposite films containing “metal core-oxide shell” nanogranules. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011; 44(49): 495001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/44/49/495001

13. Gridnev S.A., Kalgin A.V. Phase transitions in xPbZr0.53Ti0.47O3-(1-x) Mn0.4Zn0.6Fe2O4 magnetoelectric composites. Phys. Solid State. 2009; 51: 1458—1461. https://doi.org/10.1134/S1063783409070324

14. Найден Е.П., Журавлев В.А., Итин В.И., Терехова О.Г., Магаева А.А., Иванов Ю.Ф. Магнитные свойства и параметры структуры наноразмерных порошков оксидных ферримагнетиков, полученных методом механохимического синтеза из солевых систем. Физика твердого тела. 2008; 50(5): 857—863. http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/2643

15. Shi Y., Ding J., Yin H. CoFe2O4 nanoparticles prepared by the mechanochemical method. J. Alloys Compd. 2000; 308(1–2): 290—295. https://doi.org/10.1016/S0925-8388(00)00921-X

16. Fedotova J., Kasiuk J., Przewoznik J., Kapusta Cz., Svito I., Kalinin Yu., Sitnikov A. Effect of oxide shells on the magnetic and magnetotransport characteristics of oxidized FeCoZr nanogranules in Al2O3. J. Alloys Compd. 2011; 509(41): 9869—9875. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.07.066

17. Kasiuk J., Fedotova J., Przewoźnik J., Kapusta Cz., Sikora M., Żukrowski J., Grce A., Milosavljević M. Oxidation controlled phase composition of FeCo(Zr) nanoparticles in CaF2 matrix. Mater. Character. 2016; 113: 71—81. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2016.01.010

18. Koltunowicz T.N., Zukowski P., Boiko O., Saad A., Fedotova J.A., Fedotov A.K., Larkin A.V., Kasiuk J. AC hopping conductance in nanocomposite films with ferromagnetic alloy nanoparticles in a PbZrTiO3 matrix. J. Electron. Mater. 2015; 44(7): 2260—2268. https://doi.org/10.1007/s11664-015-3685-9

19. Kumar H., Olivi L., Aquilanti G., Ghosh S., Srivastava P., Kabiraj D., Avasthi D. K. Stabilization of FeCo alloy phase in FeCo-SiO2 nanocomposites. Adv. Mater. Lett. 2013; 4(6): 390—397. https://doi.org/10.5185/amlett.2012.ib.101

20. Zukowski P., Koltunowicz T.N., Boiko O., Bondariev V., Czarnacka K., Fedotova J.A., Fedotov A.K., Svito I.A. Impedance model of metal-dielectric nanocomposites produced by ion-beam sputtering in vacuum conditions and its experimental verification for thin films of (FeCoZr)x(PZT)(100-x). Vacuum. 2015; 120(B): 37—43. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2015.04.035

21. Zukowski P., Koltunowicz T.N., Bomdariev V., Fedotov A.K., Fedotova J.A. Determining the percolation threshold for (FeCoZr)x(CaF2)(100-x) nanocomposites produced by pure argon ion-beam sputtering. J. Alloys Compd. 2016; 683: 62—66. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.05.070

22. Fujiwara Y., Matsuda H., Sato K., Jimbo M., Kobayashi T. Magnetoresistance and electronic structure of granular films with MgO or MgF2 matrices. J. Phys.: Conf. Ser. 2011; 266(1): 012087. https://doi.org/10.1088/1742-6596/266/1/012087

23. Peng D.L., Wang J.B., Wang L.S., Liu X.L., Wang Zh.W., Chen Y.Zh. Electron transport properties of magnetic granular films. Sci. China Phys. Mech. Astron. 2013; 56: 15—28. https://doi.org/10.1007/s11433-012-4969-1

24. Gerke M.N., Istratov A.V., Bukharov D.N., Novikova O.A., Skryabin I.O., Arakelian S.M. Studying the structure and electrical conductivity of thin granulated bimetallic films. Bull. Russ. Acad. Sci.: Physics. 2017; 81: 1387—1390. https://doi.org/10.3103/S1062873817120127


Рецензия

Для цитирования:


Федотова Ю.А. Влияние условий синтеза и состава на структурно-фазовые состояния и электрические свойства наногранулированных пленок (FeCoZr)x(ЦТС)100-x (30 ≤ x ≤ 85 % (ат.)). Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. 2021;24(3):143-152. https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-3-143-152

For citation:


Fedotova J.A. Influence of preparation regimes and composition on structure, phase state and electric properties of nanogranular (FeCoZr)x(PZT)100-x (30 ≤ x ≤ 85 at.%) films. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering. 2021;24(3):143-152. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1609-3577-2021-3-143-152

Просмотров: 213


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1609-3577 (Print)
ISSN 2413-6387 (Online)