Робота присвячена експериментальному і теоретичному дослідженню термічно-індукованих процесів дифузії та впорядкування за різними кінетичними режимами та механізмами в гетерогенних плівкових композиціях
Pt/Fe із різною конфігурацією додаткових наношарів магнітних (Mn, Tb), немагнітних (Ag, Au) і основних (Fe, Pt) елементів, а також встановленню температурних інтервалів стабільності магнітно-твердої фази L10-FePt з перспективними для наноелектроніки та спінтроніки властивостями.
Виявлено, що закономірності фазоутворення та напрямок дифузійного потоку атомів Ме у нанорозмірних системах Pt/Me/Fe (Me – Mn, Tb, Au) в інтервалі температур (0,3 – 0,5) Тпл термодинамічно визначаються співвідношенням ентальпій формування оксидів проміжного Ме та Fe: метал проміжного шару з високою спорідненістю до кисню сегрегує на зовнішній поверхні, метал з низькою спорідненістю до кисню – біля підкладинки.
За кореляцією електрорезистивних, магнітних та структурно-фазових характеристик визначено температуру Кюрі невпорядкованої фази A1-FePt та впорядкованої фази L10-FePt для плівкових систем Pt(15 нм)/Fe(15 нм) та
Fe50Pt50(30 нм) і показано, що фактор нанорозмірності суттєво не впливає на температуру магнітного переходу, різниця між температурами Кюрі досліджуваних фаз у плівковому і масивному станах не перевищує ~3 %.
Доведено можливість низькотемпературного формування кінетично стабільної магнітно-твердої фази L10-FePt у нанорозмірних плівкових композиціях Pt/Fe та Pt/Au/Fe за температур ~0,2 Тпл за механізмом реакційної
дифузії, індукованої рухом границь зерен; додавання проміжного шару Au до системи Pt/Fe обумовлює прискорення процесів взаємної дифузії атомів Pt та Fe, формування шару невпорядкованої фази А1-FePt після часткової «холодної» гомогенізації хімічного складу, впорядкування з утворенням фази L10-FePt, що дозволяє суттєво збільшити коерцитивну сили плівкового матеріалу. При цьому кінетика низькотемпературного впорядкування структури плівкових систем на основі Pt/Fe внаслідок додавання проміжного шару благородного металу залежить від характеру його взаємодії з основними компонентами: відсутність проміжних метастабільних фаз є додатковим фактором, що прискорює процес впорядкування; гомогенізації хімічного складу плівкових систем Pt/Me/Fe (Me – Au; Ag) із досягненням еквіатомної концентрації Fe50Pt50 за всією товщиною плівки та дальнього структурного порядку фази L10-FePt за умов кінетичного режиму зернограничної дифузії типу С не відбувається, але сформований структурно-фазовий стан забезпечує рівень магнітних характеристик, який відповідає високотемпературному інтервалу відпалу.
Зміна конфігурації додаткових магнітних і немагнітних шарів з симетричної на асиметричну в нанорозмірних композиціях на основі Pt/Fe дозволяє не тільки прискорювати процес формування впорядкованої фази L10-FePt із підвищенням значення коерцитивної сили, але і створювати градієнтний розподіл магнітно-твердої і магнітно-м’якої фаз в одному об’ємі плівкового
матеріалу.
Комплексний підхід, який передбачає зміну атмосфери термічного впливу з нейтральної на водневмісну та збільшення кількості наношарів феромагнітного сплаву FePt і немагнітного Au з формуванням періодичної композиції
[FePt/Au/FePt]2x, дозволяє вдвічі збільшити коерцитивну силу порівняно із сплавом FePt, підвищити температуру рекристалізації, стабілізувати розмір зерен впорядкованої фази L10-FePt та поверхневу шорсткість плівкового
матеріалу.
Розвинуто модельні уявлення щодо розвитку дифузійних процесів у гетерогенних плівкових системах із різною конфігурацією магнітних і немагнітних наношарів за механізмами дифузійно-індукованої міграції границь зерен та реакційної дифузії, індукованої рухом границь зерен.
Методом молекулярної динаміки проведено теоретичний аналіз процесу самодифузії Fe і Pt у впорядкованій фазі L10-FePt за об’ємним механізмом T ~ (0,7 – 0,85) Тпл, визначено кількісні параметри цього процесу і підтверджено його анізотропний характер; параметри самодифузії Fe визначено також експериментальним шляхом у плівковій епітаксіальній системі із наношарами різного ізотопного складу – 56Fe та 57Fe; теоретичні та експериментальні результати підтверджують суттєвий внесок границь зерен до контрольованих дифузією процесів фазоутворення в нанорозмірних матеріалах для усіх
досліджених температурних інтервалів.
Встановлені фізичні закономірності, розроблені модельні уявлення, а також визначені практично важливі характеристики створюють наукові основи керування у широких температурних інтервалах структурно-фазовими станами і фізичними властивостями гетерогенних плівкових систем із різною конфігурацією магнітних і немагнітних наношарів і представляють інтерес для розробки інноваційних технологій виробництва плівкових елементів і приладів
наноелектроніки і спінтроніки.
