Структурні характеристики і магнітооптичні властивості масивів наночастинок Co і Ni, отриманих методом термодиспергування

Abstract

Дисертацію присвячено комплексному дослідженню магнітооптичних, оптичних властивостей, структурно-фазового стану, морфології та умов формування масивів НЧ Ni і Co методом термодиспергування тонких металевих шарів на аморфних підкладках. У роботі вивчено вплив умов термообробки, матеріалу підкладки, ефективної товщини плівок на морфологію масивів НЧ. Методом просвітлювальної електронної мікроскопії досліджено структурно-фазовий стан масивів НЧ Ni і Co на поліімідних (ПІ) підкладках, а також особливості фазоутворення в структурах на основі плівки Cu та масивів НЧ Ni (Co) на ПІ (Si3N4/Si)-підкладках. Методом атомно-силової мікроскопії досліджена морфологія масивів НЧ на Si3N4/Si-підкладках. Досліджені магнітооптичні властивості свіжосконденсованих та відпалених тонких шарів Ni і Co. Проведене теоретичне моделювання петель магнітного гістерезису масивів НЧ Ni і Co. За даними спектроскопічної еліпсометрії, розрахована середня товщина масивів НЧ Co відповідно корелює із величиною середньої висоти НЧ на АСМ-зображеннях. У результаті досліджень були розроблені рекомендації щодо застосування метода термодиспергування тонких металевих шарів для формування масивів магнітних НЧ Ni і Co з вузьким розподілом за розміром на великих підкладках. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/34529

Диссертация посвящена комплексному исследованию магнитооптических, оптических свойств, структурно-фазового состояния, морфологии и условий формирования массивов НЧ Ni и Co методом термодиспергирования тонких металлических слоѐв на аморфных подложках. В работе изучено влияние условий термообработки, материала подложки, эффективной толщины плѐнок на морфологию массивов НЧ. Методом просвечивающей электронной микроскопии изучено структурно-фазовое состояние массивов НЧ Ni и Co на полиимидных (ПИ) подложках, а также особенности фазообразования в структурах на основе пленки Cu и массивов НЧ Ni (Co) на ПИ (Si3N4/Si)-подложках. Методом атомно-силовой микроскопии исследована морфология массивов НЧ на Si3N4/Si-подложках. Исследованы магнитооптические свойства свежесконденсированных и отожженных тонких слоѐв Ni и Co. Установлено влияние морфологии массивов НЧ на магнитооптические свойства. Проведенные методами просвечивающей электронной и атомно-силовой микроскопии исследования свежесконденсированных тонких слоев Ni и Co на разных материалах подложки показали, что пленки на ПИ-подложках имеют сплошную ультрадисперсную структуру даже при малых толщинах 1–1,5 нм. Для образцов на массивных Si3N4/Si- и Al2O3-подложках переход от островковой к сплошной пленке происходит при толщинах 5–7 нм. Размер полученных после отжига НЧ в массивах на ПИ подложках в среднем в 1,5–2 раза меньше, чем на массивных Si3N4/Si и Al2O3. Данные электронографии показали, что после отжига все полученные НЧ, как Ni, так и Co, имеют ГЦК-фазу. На структуру отожженных образцов так же влияет режим термообработки. Экспериментально была установлена оптимальная скорость нагревания образцов (50 К/мин). В целом наблюдается увеличение средних размеров НЧ и уменьшение их количества с увеличением температуры отжига, что объясняется проявлением оствальдовского дозревания НЧ. Исследования МОКЕ показали, что полученные массивы НЧ находятся в ферромагнитном состоянии, причем с увеличением размеров НЧ наблюдается увеличение поля насыщения Ms и коерцитивности Hc. При конденсации матрицы Cu на массивы НЧ на ПИ-подложках наблюдается образование твердых растворов (Ni, Cu) и (Co, Cu), в то время как для НЧ на Si3N4/Si происходит формирование структур типа [матрица Cu / т. р. (Co, Cu) + НЧ Co]/П, о чем свидетельствует гистерезис на МОКЕ-зависимостях. Использованные в работе геометрические модели и соотношения для расчета реального размера НЧ по АСМ изображениям позволили провести точное моделирование петель магнитного гистерезиса полученных наноструктур. При расчетах использовались как оригинальные АСМ-изображения массивов НЧ, так и обработанные согласно описанным моделям. В результате обработки форма НЧ приближается от плоской к эллиптической и сферической. Проведены исследования оптических свойств массивов НЧ Co. Рассчитанная по данным эллипсометрии средняя толщина массивов НЧ Co хорошо коррелирует со значением средней высоты НЧ на АСМ-изображениях. В результате исследований были разработаны рекомендации по использованию метода термодиспергирования тонких металлических слоѐв для формирования массивов магнитных НЧ Ni и Co с узким распределением по размерам на больших подложках. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/34529

The thesis is devoted to the study of magnetooptical and optical properties, structural- phase state, morphology and formation conditions of arrays of Ni and Co nanoparticles (NPs) by thermal dewetting of thin metal layers on amorphous substrates. In this work, the effect of thermal annealing conditions, substrate material, initial effective film thickness on the morphology of NP arrays was studied. By method of transmission electron microscopy and atomic force microscopy the structural phase state of Ni and Co NP arrays on polyimide (PI) substrates has been studied, as well as the phase formation in structures based on Cu film and Ni (Co) NP arrays on PI (Si3N4/Si) substrates. Morphology of NP arrays on Si3N4/Si substrates was investigated by atomic force microscopy. Magnetooptical properties of thin Ni and Co layers has been studied before and after annealing. The theoretical modeling of magnetic hysteresis loops of Ni and Co NP arrays done. According to spectroscopic ellipsometry data calculated average thickness of Co NPs correlates well with the value of average NPs height on AFM images. The studies allowed to develop guidelines for using of thermal dewetting thin metal layers method for producing of magnetic Ni and Co NP arrays with a narrow size distribution over large substrates. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/34529