Термическая стабильность структуры композитов Fe-AlO

А.Н. Смирнов¹, студент гр. ТФ-121, А.Н. Косырева², студент гр. ФМ-121, Г.С. Рыжкова², студент гр. ФМ-121, А.Дж. Аль-Малики¹, аспирант, А.А. Гребенников¹, О.В. Стогней¹

1Кафедра физики твердого тела вгту

2Кафедра материаловедения и физики металлов

В работе была изучена термическая стабильность структуры гранулированных нанокомпозитов Fe_x(Al₂O₃)_100-x в интервале концентраций х: 8-78 ат.%. Образцы получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней и последующего осаждения компонент на ситалловые подложки. Химический состав пленок был определен рентгеновским электронно-зондовым микроанализом. Структура образцов исследовалась с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА), магниторезистивные свойства - методом вольтметра-амперметра, магнитные свойства - с помощью вибрационного магнитометра. С целью определения термической стабильности исследовалась структура, магнитные и магниторезистивные свойства образцов исходным, отожженных в вакууме при 600 ^оС и отожженных в вакууме при 700 ^оС (вакуум не хуже 10^-3 Па).

Отжиг при 600 ^оС не приводит к изменению фазового состава образцов, на рентгенограмме наблюдаются пики, соответствующие фазе железа, и аморфные гало, соответствующие фазе Al₂O_n. В то же время наблюдается смещение порога магнитной перколяции в область с более низкой концентрацией железа (с 50 до 24 ат.% Fe). Предположительно это связано с процессами релаксации и миграции атомов, протекающих в структуре образцов при нагреве, а также с рекристаллизацией фазы никеля, следствием чего обычно является увеличение размера металлических гранул с уменьшением расстояния между ними и снижение дефектности диэлектрической матрицы.

Отжиг образцов Fe_x(Al₂O_n)_100-х при 700 ^оС приводит к существенному изменению их структуры. На рентгенограмме кроме фазы железа появляются пики, соответствующие фазам Fe_2,9O₄ и Al_2,7Fe, что является следствием взаимодействия металлических гранул и матрицы. Магнитные свойства, проявляемые данными образцами, подтверждают результаты РСА. Величина коэрцитивной силы образцов, отожженных при 700 ^оС, на два порядка выше значений, проявляемых исходными образцами и отожженными при 700 ^оС. Подобные значения не характерны для гранулированных систем ферромагнетик-диэлектрик, однако типичны для тонкопленочных материалов, содержащих в структуре наноразмерную фазу феррита. Следует отметить, что температура плавления для оксида алюминия 2044 ^оС, тогда как в исследуемых образцах взаимодействие фаз Fe и Al₂O_n возникает в интервале 600-700 ^оС. Предположительно, данная особенность связана с наноразмерностью и отсутствием стехиометрии фазы Al₂O_n, что приводит к существенному снижению энергии связи атомов. В итоге, нестехиометричный оксид Al₂O_n разрушается, образуя стехиометричный Al₂O₃, а также атомы алюминия и кислорода, которые взаимодействуют с гранулами железа.

По результатам выполненной работы можно сделать выводы, что при 600 ^оС в структуре образцов Fe_x(Al₂O_n)_100-х реализуется процесс рекристаллизации; в интервале температур 600-700 ^оС происходит взаимодействие гранул и матрицы, приводящее к образованию новых основных фаз Fe_2,9O₄ и Al_2,7Fe.

УДК 537.9