Наноструктурированные покрытия 3d-металлов, получаемые методами “зеленой химии”. Анализ неоднородностей статическими и динамическими магнитными методами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы углеродосодержащие покрытия 3d-металлов (Ni, Co, Fe), изготовленные методом химического осаждения с использованием арабиногалактана. Комплексные исследования выполнены с помощью рентгеновской дифракции, ферромагнитного резонанса, магнитометрии М(Н). Измерение М(Н) в плоскости и перпендикулярно плоскости магнитных покрытий позволило определить распределение размагничивающего фактора в изучаемых покрытиях. Полученные распределения размагничивающего фактора использованы для анализа угловых зависимостей поля ферромагнитного резонанса. Оценены значения намагниченности и поля перпендикулярной анизотропии. Демонстрируется влияние текстуры на магнитные параметры.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Г. Важенина

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск; Красноярск

С. В. Столяр

Сибирский федеральный университет; Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск; Красноярск

C. В. Комогорцев

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск; Красноярск

О. А. Ли

Сибирский федеральный университет; Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск; Красноярск

Р. С. Исхаков

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск

Д. А. Великанов

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск

Е. В. Черемискина

Сибирский федеральный университет

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск

И. В. Немцев

Институт физики им. Л.В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН; Сибирский федеральный университет; Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук

Email: irina-vazhenina@mail.ru
Россия, Красноярск; Красноярск; Красноярск

Список литературы

  1. Petzold J. Advantages of softmagnetic nanocrystalline materials for modern electronic applications // J. Magn. Magn. Mater. 2002. V. 242–245. P. 84–89. https://doi.org/10.1016/S0304-8853(01)01206-9
  2. Swati, Saini M., Anupama, Shukla R. Investigation of structural, thermal, and electrical properties of magnesium substituted cobalt ferrite reinforced polyaniline nanocomposites // Ceram. Int. 2021.V. 47. P. 33835–33842. https://doi.org/10.1016 /j.ceramint.2021.08.295
  3. Wang Y., Zhang P., Liu Z., Li K., Xian C., Yang W., Luo Z., Liu S., Han J., Du H., Wang C., Yang J. The microwave absorption properties of soft magnetic materials in frequency up to 40 GHz // AIP Adv. 2023. V. 13. P. 025240. https://doi.org/ 10.1063/9.0000467
  4. Zeng S., Han S., Sun X., Wang L., Gao Y., Chen Z., Feng H. Co3O4 Nanoparticle-Modified Porous Carbons with High Microwave Absorption Performances // Nanomaterials. 2023. V. 13. P. 1073. https://doi.org/10.3390/nano13061073
  5. Qian C., Liang X., Wu M., Zhang X. Lightweight Chain-Typed Magnetic Fe3O4@rGO Composites with Enhanced Microwave-Absorption Properties // Nanomaterials. 2022. V. 12. P. 3699. https:// doi.org/10.3390/nano12203699
  6. Cheng Y., Ji G., Li Z., Lv H., Liu W., Zhao Y., Cao J., Du Y. Facile synthesis of FeCo alloys with excellent microwave absorption in the whole Ku-band: Effect of Fe/Co atomic ratio // J. Alloys Compd.2017. V. 704. P. 289–295. https:// doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.02.024
  7. Денисова Е.А., Комогорцев C.В., Чеканова Л.А., Незнахин Д.С., Исхаков Р.С., Немцев И.В. Локальная магнитная анизотропия в наноструктурированных покрытиях FeCo–C, синтезированных методами зеленой химии // ФТТ. 2022. T. 64. C. 1196–1200.
  8. Чеканова Л.А., Денисова Е.А., Исхаков Р.С., Столяр С.В., Черемискина Е.В., Ярославцев Р.Н. Способ получения металлических магнитных покрытий / RU 2710611 C1, 2019.
  9. Stolyar S.V., Yaroslavtsev R.N., Chekanova L.A., Rautskii M.V., Bayukov O.A., Cheremiskina E.V., Nemtsev I.V., Volochaev M.N., Iskhakov R.S. Ferromagnetic resonance in iron tubes deposited on a copper grid //JMMM. 2020. V. 511. P. 166979. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166979
  10. Kuzmenko A.P., Kozhitov L., Muratov D., Rodionov V., Popkova A., Yakushko E., Dobromyslov M.B. Influence of structural features and physico-chemical properties of metal-carbon nanocomposites with ferromagnetic metal inclusions on microwave radiation // J. Nano- Electron. Phys. 2014. V. 6. P. 03024–1.
  11. Belyaev B.A., Izotov A.V., Leksikov A.A. Magnetic imaging in thin magnetic films by local spectrometer of ferromagnetic resonance // IEEE Sens. J. 2005. V. 5. P. 260–267. https://doi.org/ 10.1109/JSEN.2004.842293
  12. Zhang Z., Hammel P.C., Wigen P.E. Observation of ferromagnetic resonance in a microscopic sample using magnetic resonance force microscopy // Appl. Phys. Lett. 1996. V. 68. P. 2005–2007. https://doi.org/10.1063/1.115619
  13. Rugar D., Budakian R., Mamin H.J., Chui B.W. Single spin detection by magnetic resonance force microscopy // Nature. 2004. V. 430. P. 329–332. https://doi.org/10.1038/nature02658
  14. Ilin N.V., Komogortsev S.V., Kraynova G.S., Davydenko A.V., Tkachenko I.A., Kozlov A.G., Tkachev V.V., Plotnikov V.S. Magnetic correlations peculiarities in amorphous Fe–Cu–Nb–Si–B alloy ribbons // J. Magn. Magn. Mater. 2022. V. 541. P. 168525. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168525
  15. Комогорцев С.В., Семенов С.В., Варнаков С.Н., Балаев Д.А. Особенности фазового состава и структуры доэвтектоидной стали, проявляющиеся в поведении намагниченности вблизи магнитного насыщения// ФТТ. 2022. T. 64. C. 25–32. https://doi.org/10.21883/FTT.2022.01.51827.192
  16. Denisova E.A., Komogortsev S.V., Iskhakov R.S., Chekanova L.A., Balaev A.D., Kalinin Y.E., Sitnikov A.V. Magnetic anisotropy in multilayer nanogranular films (Co40Fe40B20)50(SiO2)50/α-Si:H // J. Magn. Magn. Mater. 2017.V. 440. P. 221–224. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.12.052
  17. Komogortsev S.V., Denisova E.A., Iskhakov R.S., Balaev A.D., Chekanova L.A., Kalinin Y.E., Sitnikov A.V. Multilayer nanogranular films (Co40Fe40B20)50(SiO2)50 / α-Si:H and (Co40 Fe40B20)50(SiO2)50 /SiO2: Magnetic properties // J. Appl. Phys. 2013. V. 113. P. 17C105. https://doi.org/10.1063/1.4794361
  18. Stolyar S., Vazhenina I., Yaroslavtsev R., Chekanova L., Cheremiskina E., Mikhlin Y. Magnetic Composite Coatings FeC and NiC Synthesized With Arabinogalactan // IEEE Magn. Lett. 2022. V. 13. P. 1–5. https://doi.org/ 10.1109/LMAG.2022.3164631
  19. Anastas P.T., Warner J.C. Green Chemistry: Theory and Practice. Oxford University Press, 1998. 135 c.
  20. Stoner E.C., Wohlfrath E.P. A mechanism of magnetic hysteresis in heterogeneous alloys // Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. A, Math. Phys. Sci. 1948. V. 240. P. 599–642. https://doi.org/ 10.1098/rsta.1948.0007
  21. Komogortsev S.V., Vazhenina I.G., Kleshnina S.A., Iskhakov R.S., Lepalovskij V.N., Pasynkova A.A., Svalov A.V. Advanced Characterization of FeNi-Based Films for the Development of Magnetic Field Sensors with Tailored Functional Parameters // Sensors. 2022. V. 22. P. 3324. https://doi.org/ 10.3390/s22093324
  22. Suhl H. Ferromagnetic Resonance in Nickel Ferrite Between One and Two Kilomegacycles // Phys. Rev. 1955. V. 97. P. 555–557. https://doi.org/ 10.1103/PhysRev.97.555.2
  23. Smit J., Beljers H.G. Ferromagnetic resonance absorption in BaFe12O12, a highly anisotropic crystal // Philips Res. Repts. 1955. V. 10. P. 113–130.
  24. Artman J.O. Ferromagnetic Resonance in Metal Single Crystals // Phys. Rev. 1957. V. 105. P. 74–84. https://doi.org/10.1103/PhysRev.105.74
  25. Iskhakov R.S., Komogortsev S.V. Magnetic microstructure of amorphous, nanocrystalline, and nanophase ferromagnets // Phys. Met. Metallogr. 2011. V. 112. P. 666–681. https://doi.org/10.1134/ S0031918X11070064
  26. Komogortsev S.V., Iskhakov R.S. Law of approach to magnetic saturation in nanocrystalline and amorphous ferromagnets with improved transition behavior between power-law regimes // J. Magn. Magn. Mater. 2017. V. 440. P. 213–216. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.12.145
  27. Davydenko A.V., Kozlov A.G., Ognev A.V., Stebliy M.E., Samardak A.S., Ermakov K.S., Kolesnikov A.G., Chebotkevich L.A. Origin of perpendicular magnetic anisotropy in epitaxial Pd/Co/Pd(111) trilayers // Phys. Rev. B. 2017. V. 95. P. 064430. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.064430
  28. Tannenwald P.E., Seavey M.Н. Ferromagnetic Resonance in Thin Films of Permalloy // Phys. Rev. 1957. V. 105. P. 377–378. https://doi.org/10.1103/ PhysRev.105.377
  29. Zakeri K., Lindner J., Barsukov I., Meckenstock R. Farle M., von Hörsten U., Wende H., Keune W., Rocker J., Kalarickal S.S., Lenz K., Kuch W., Baberschke K., Frait Z. Spin dynamics in ferromagnets: Gilbert damping and two-magnon scattering // Phys. Rev. B. 2007. V. 76. P. 104416. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.104416
  30. Бозорт Р. Ферромагнетизм. М.: ИЛ, 1956. 784 c.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Данные рентгеновской дифракции покрытий Fe/С (а), Ni/С (б), Co/С (в) и карточки элементов из базы данных ICDD под каждой дифрактограммой. У каждого пика перед символом химического элемента представлена величина межплоскостного расстояния в Å, в скобках указаны индексы Миллера

Скачать (350KB)
Метаданные
3. Рис. 2. СЭМ-изображение покрытий Fe/С (а) и Ni–С (б). На вставке СЭМ-изображения Fe/C представлено рентгеновское картирование поверхности

Скачать (342KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Схема, иллюстрирующая геометрию эксперимента

Скачать (108KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Приближение намагниченности к насыщению на примере покрытия железа. Черная сплошная линия – фитинг уравнением (1)

Скачать (51KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Кривые намагничивания (а, б, в) в поле направленном параллельно (H||) и перпендикулярно (H⊥) плоскости углеродосодержащих покрытий Fe (a), Co (б) и Ni (в), а также гистограммы распределения эффективного внутреннего поля (г, д, е)

Скачать (211KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Угловые зависимости резонансных полей покрытий на основе сплавов Fe/С (а, г), Co/С (б, д) и Ni/С (в, е) и примеры спектров при φH = 0°

Скачать (394KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Угловые зависимости резонансного поля покрытий Fe/C (а), Co/C (б) и Ni/C (в). Ромбами отмечены экспериментальные значения, сплошной линией – подгоночная кривая, рассчитанная при учете неоднородного внутреннего поля, пунктирная линия демонстрирует подгоночную кривую в случае однородной тонкой пленки. На вставках продемонстрированы экспериментальные кривые ФМР при некоторых углах между нормалью (ось z) и направлением внешнего поля, а также кривые, используемые при разложении экспериментального спектра

Скачать (295KB)
Метаданные