Cold homogenization of Fe/Pt based layered thin films induced by diffusion processes
Final Report Abstract
Funktionelle Dünnschichtsysteme spielen eine wichtige Rolle in modernen Technologien wie in der Mikro- und Nanoelektronik. Für die Anwendung von Dünnschichtsystemen ist es notwendig, die physikalischen Wechselwirkungen und Diffusionsprozesse zwischen den verschiedenen Komponenten eines mehrlagigen Schichtsystems zu verstehen. Eines der wichtigen Merkmale der Diffusion in dünnen Schichten ist der Massentransport auch bei niedrigen Temperaturen, welcher durch kleine Diffusionsabstände sowie einer hohen Defektdichte gefördert wird. Hierbei können eventuell metastabile Phasen gebildet werden, die in Volumensystemen nicht auftreten. Das gemeinsam mit der National Technical University of Ukraine in Kiew durchgeführte Forschungsprojekt widmete sich Diffusionsprozessen und der Phasenbildung in Fe/Pt basierten Schichtsystemen, die bei relativ niedrigen Temperaturen auftreten, bei der die Volumendiffusion ausgeschlossen ist. FePt Filme in der chemisch geordneten L10 Phase zeichnen sich durch ihre besonderen magnetischen Eigenschaften, wie einer hohen magnetischen Anisotropie, aus. Daher sind diese Materialien für unterschiedliche Anwendung im Bereich der Sensorik und der magnetischen Datenspeicherung von grossem Interesse. Die in diesem Projekt untersuchten Diffusionsprozesse laufen über die Korngrenzen ab und können durch Hinzugabe von Zwischenschichten stark beeinflusst werden. Als Zwischenschichtmaterial wurde Mn, Tb und Au verwendet und der temperaturabhängige Verlauf der Phasenbildung in FePt untersucht. Durch gezielte Anordnung der Einzellagen im Schichtstapel konnten auch gerichtete Diffusionsprozesse ausgenutzt werden, um ein sogenanntes „graded medium“ zu realisieren, in dem die magnetischen Eigenschaften innerhalb einer Schicht variieren. Diese Studien wurden durch molekular-dynamische Simulationen an L10 FePt ergänzt, die es erlauben auf atomarer Skala Diffusionsmechanismen zu untersuchen.
Publications
- “Phase transformations in Pt/Fe bilayers during post annealing probed by resistometry”, J. Phys.: Condens. Matter 31, 285401 (2019)
O. V. Shamis, N. Y. Safonova, M. M. Voron, A. P. Burmak, S. I. Sidorenko, G. L. Katona, S. Gulyas, D. L. Beke, M. Albrecht, and I. A. Vladymyrskyi
(See online at https://doi.org/10.1088/1361-648x/ab169c) - “Structural phase transformations in annealed Pt/Mn/Fe trilayers”, J. Phys.: Condens. Matter 32, 365404 (2020)
I. O. Kruhlov, O. V. Shamis, N. Y. Schmidt, M. V. Karpets, S. Gulyas, E. Hadjixenophontos, A. P. Burmak, S. I. Sidorenko, G. L. Katona, G. Schmitz, M. Albrecht, and I. A. Vladymyrskyi
(See online at https://doi.org/10.1088/1361-648X/ab9269) - “Thermally-induced phase transitions in Pt/Tb/Fe trilayers”, Thin Solid Films 709, 138134 (2020)
I. O. Kruhlov, O. V. Shamis, N. Y. Schmidt, S. Gulyas, R. Lawitzki, A. P. Burmak, S. I. Konorev, G. L. Katona, G. Schmitz, M. Albrecht, and I. A. Vladymyrskyi
(See online at https://doi.org/10.1016/j.tsf.2020.138134) - “Lattice diffusion coefficients in ordered L10-FePt phase calculated by molecular dynamics simulation”, Comput. Mater. Sci. 192, 110337 (2021)
S. I. Konorev, R. Kozubski, M. Albrecht, and I. A. Vladymyrskyi
(See online at https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2021.110337)
