Особенности микроструктуры тонких пленок ортоферрита иттрия на сапфире
- Authors: Васильев А.Л.1, Субботин И.А.1, Беляева А.О.1, Чесноков Ю.М.1, Изюров В.В.2, Меренцова К.А.2, Артемьев М.С.2, Дубинин С.С.2, Носов А.П.2, Пашаев Э.М.1
-
Affiliations:
- Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
- Институт физики металлов УрО РАН
- Issue: Vol 125, No 1 (2024)
- Pages: 70-84
- Section: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
- URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/259717
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323024010102
- EDN: https://elibrary.ru/ZQMCCP
- ID: 259717
Cite item
Abstract
Методами рентгеновской дифракции и электронной микроскопии были исследованы особенности кристаллической структуры ультратонких (3÷50 нм) пленок ортоферрита иттрия, полученных методом магнетронного распыления мишени стехиометрического состава на подложки α-Al2O3 с ориентацией. В зависимости от толщины морфология и кристаллическая структура пленок существенно отличаются. В самых тонких пленках происходит формирование нескольких фаз: ортоферрита иттрия с орторомбической кристаллической решеткой (о-YFeO3), гексаферрита иттрия с гексагональной кристаллической решеткой (h-YFeO3), железоиттриевого граната Y3Fe5O12 и оксидов железа – гематита и маггемита. Исследован локальный состав и определены ориентационные соотношения закристаллизовавшихся фаз и подложки. В пленках толщиной более 10 нм обнаружена преимущественно высокотекстурированная фаза о-YFeO3 с небольшой примесью железоиттриевого граната.
About the authors
А. Л. Васильев
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123182
И. А. Субботин
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Author for correspondence.
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123182
А. О. Беляева
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123182
Ю. М. Чесноков
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123182
В. В. Изюров
Институт физики металлов УрО РАН
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, ул. Софьи Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108
К. А. Меренцова
Институт физики металлов УрО РАН
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, ул. Софьи Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108
М. С. Артемьев
Институт физики металлов УрО РАН
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, ул. Софьи Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108
С. С. Дубинин
Институт физики металлов УрО РАН
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, ул. Софьи Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108
А. П. Носов
Институт физики металлов УрО РАН
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, ул. Софьи Ковалевской, 18, Екатеринбург, 620108
Э. М. Пашаев
Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”
Email: i.a.subbotin@gmail.com
Russian Federation, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123182
References
- Ik Jae Leea, Jae-Yong Kim, Chungjong Yu, Chang-Hwan Chang, Man-Kil Joo, Young Pak Lee, Tae-Bong Hur and Hyung-Kook Kim. Morphological and structural characterization of epitaxial α-Fe2O3 (0001) deposited on Al2O3 (0001) by dc sputter deposition // J. Vac. Sci. & Tech. 2005. V. 23. P. 1450–1455.
- Andreeva M., Baulin R., Nosov A., Gribov I., Izyurov V., Kondratev O., Subbotin I., Pashaev E. Mössbauer Synchrotron and X-ray Studies of Ultrathin YFeO3 Film // Magnetism. 2022. V. 2. P. 328–339.
- Suhir E. Predicted Thermal- and Lattice-Mismatch Stresses / In: Handbook of Crystal Growth. Thin Films and Epitaxy: Basic Techniques. V. III, Part A. Second Edition. Editor-in-Chief Tatau Nishinga. Volume Editor Thomas F. Kuech. Elsevier, 2015. P. 983–1005.
- Chesnokov Yu.M., Vasiliev A.L., Prutskov G.V., Pashaev E.M., Subbotin I.A., Kravtsov E.A., Ustinov V.V. Microstructure of periodic metallic magnetic multilayer systems // Thin Solid Films. 2017. V. 632. P. 79–87.
- Subbotin I.A., Pashaev E.M., Vasilev A.L., Chesnokov Yu.M., Prutskov G.V., Kravtsov E.A., Makarova M.V., Proglyado V.V., and Ustinov V.V. The Influence of Microstructure on Perpendicular Magnetic Anisotropy in Co/Dy Periodic Multilayer Systems // Physica B: Condens. Matter. 2019. V. 573. P. 28–35.
- Sukhorukov Yu.P., Nosov A.P., Loshkareva N.N., Mostovshchikova E.V., Telegin A.V., Favre-Nicolin E., and Ranno L. The influence of magnetic and electronic inhomogeneities on magnetotransmission and magnetoresistance of La0.67Sr0.33MnO3 films // J. Appl. Phys. 2005. V.97. P. 103710–103714.
- Baltz V., Manchon A., Tsoi M., Moriyama T., Ono T., Tserkovnyak Y. Antiferromagnetic spintronics // Rev. Mod. Phys. 2018. V. 90. P. 15005–15061.
- Bar’yakhtar V.G., Ivanov B.A., and Chetkin M.V. Dynamics of domain walls in weak ferromagnets // Sov. Phys. Uspekhi. 1985. V. 28. P. 563–588.
- Eibschutz M., Shtrikman S., and Treves D. Mossbauer Studies of Fe57 in Orthoferrites // Phys. Rev. 1967. V. 156. P. 562–577.
- Gorodetsky G., Shtrinkman S., Tenenbaum Y., and Treves D. Temperature Dependence of the Susceptibility Tensor of a Weak Ferromagnet: YFeO3 // Phys. Rev. 1969. V. 181. P. 823–828.
- Zhang R., Xiong S., Gong M., Wang X., Yu C., Lan J. Influence of substrate orientation on structural, ferroelectric and piezoelectric properties of hexagonal YFeO3 films // J. Electroceramics. 2018. V. 40. P. 156–161.
- Kumar N., Prasad S., Misra D.S., Venkataramani N., Bohra M., Krishnan R. The influence of substrate temperature and annealing on the properties of pulsed laser-deposited YIG films on fused quartz substrate // J. Magn. Magn. Mat. 2008. V. 320. P. 2233–2236.
- Qiuping Fu, Naifeng Zhuang, Xiaolin Hu and Jianzhong Chen. Substrate influence on the structure and properties of YbFeO3 films. //Mater. Res. Express. 2019. V. 6. P. 126120.
- Coppens P., Eibschuetz M. Determination of the crystal structure of yttrium orthoferrite and refinement of gadolinium orthoferrite // Acta Crystallogr. 1965. V. 19. P. 524–531.
- Nakatsuka A., Yoshiasa A., Takeno S. Site preference of cations and structural variation in Y3Fe5– xGaxO12 (0 ≤ x ≤ 5) solid solutions with garnet structure // Acta Crystallogr. B. 1995. V. 51. P. 737–745.
- Finger L.W., Hazen R.M. Crystal structure and isothermal compression of Fe2O3, Cr2O3, and V2O3 to 50 kbars // J. Appl. Phys. 1980. V. 51. P. 5362–5367.
- Solano E., Frontera C., Puig T., Obradors X., Ricart S., Ros J. Neutron and X-ray diffraction study of ferrite nanocrystals obtained by microwave-assisted growth. A structural comparison with the thermal synthetic route // J. Appl. Crystallogr. 2014. V. 47. P. 414–420.
- Li J., Singh U.G., Schladt T.D., Stalick J.K., Scott S.L., and Seshadri R. Hexagonal YFe1–xPdxO3–δ: Nonperovskite Host Compounds for Pd2+and Their Catalytic Activity for CO Oxidation // Chem. Mater. 2008. V. 20. P. 6567–6576.
- Greaves C. A powder neutron diffraction investigation of vacancy ordering and covalence in gamma-Fe2O3 // Journal of Solid State Chem. 1983. V. 49. P. 325–333.
- Montoro V. Miscibilita fra gli ossidi salini di ferro e di manganese // Gazz. Chim. Ital. 1938. V. 68. P. 728–733.
- Дворянкина Г.Г., Пинскер З.Г. Электронографическое исследование Fe3O4 // ДАН. 1960. Т. 132. С. 110–113.
- Verwey E.J.W., Heilmann E.L. Physical Properties and Cation Arrangement of Oxides with Spinel Structures I. Cation Arrangement in Spinels // J. Chem. Phys. 1947. V. 15. P. 174–180.
- Michel A., Chaudron G., and Benard J. Properties of non-metallic ferromagnetic compounds // J. Phys. Radium. 1951. V. 12. P. 189–201.