Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. 140 · № 3 · 2025 вер 30, 2025 статті

СТРУКТУРНО-ФАЗОВІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ТА МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ НАНОРОЗМІРНИХ ПЛІВКОВИХ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ Pt/Co, ОСАДЖЕНИХ НА ГНУЧКІ ПОЛІМЕРНІ ПІДКЛАДИНКИ

РП
Роман Педань Відповідальний National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, E.O. Paton Educational and Research Institute of Materials Science and Welding, Department of Physical Materials Science and Heat Treatment, Ukraine Україна
ОД
Олександр Дубіковський V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Department of Ion Beam Engineering and Structural Analysis, Ukraine Україна
АБ
Андрій Боднарук Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Ukraine, Department of Physics of Magnetic Phenomena, Ukraine Україна
ІК
Іван Круглов National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, E.O. Paton Educational and Research Institute of Materials Science and Welding, Department of Physical Materials Science and Heat Treatment, Ukraine Україна
ЮЯ
Юрій Яворський National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, E.O. Paton Educational and Research Institute of Materials Science and Welding, Department of Physical Materials Science and Heat Treatment, Ukraine Україна
ІВ
Ігор Владимирський National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, E.O. Paton Educational and Research Institute of Materials Science and Welding, Ukraine Україна
Опубліковановер 30, 2025
PDF
НВКПІ 3 ТОМ 140 · 3
ТОМ 140 · № 3 · 2025 Переглянути випуск

Анотація

Проблематика. Феромагнітні наноплівки на основі CoPt викликають стабільний інтерес завдяки потенційному застосуванню в спінтроніці та наноелектроніці. Вони поєднують унікальні магнітні властивості, високу корозійну стійкість і сумісність з сучасними технологіями інженерії магнітних засобів збереження інформації та реєстрації електромагнітного випромінювання. Co–Pt плівки досліджують та застосовують як матеріали для сенсорів, тунельних переходів, магнітних дисків, ТГц-генераторів та скірміонних носіїв. Вивчення формування їх властивостей є ключовим завданням для розвитку технологій наноелектроніки. Мета дослідження. Встановити зміни фазового складу, перерозподілу хімічних елементів за товщиною та магнітних властивостей нанорозмірних плівкових композицій на основі Pt/Co, осаджених на гнучкі полімерні підкладинки полііміду і підданих наступній термічній обробці у високому вакуумі, при додаванні проміжних шарів Au та формуванні різної кількості міжшарових меж поділу. Методика реалізації. Наноплівки Pt/Co/PI, Pt/Au/Co/PI та Pt/Co/Au/Pt/Co/PI осаджували на гнучкі поліімідні підкладки методом магнетронного розпорошення при кімнатній температурі. Після осадження їх відпалювали у вакуумі при 550 °C протягом 30 хв. Для дослідження структурно-фазових змін використовували методи РФА та мас-спектрометрії, а дослідження магнітних властивостей проводили за допомогою методу вібраційної магнітометрії у зовнішньому магнітному полі. Результати дослідження. Встановлено, що відпал нанорозмірних композицій за температури 550 °C упродовж 30 хвилин спричиняє формування дуже малих кристалів, що найбільш імовірно пов’язано з релаксацією напружень, що виникли у плівкових композиціях в процесі осадження. З результатів мас-спектроскопії встановлено, що в результаті відпалу спостерігається рівномірний розподіл інтенсивності виходу вторинних іонів металів, що входять до складу плівкових композицій, та комплексного іона CoPt, що вказує на гомогенізацію складу плівкових композицій внаслідок відпалу. З результатів дослідення магнітних властивостей, встановлено, що відпал дозволяє досягти магнітно-твердого стану плівкового матеріалу, а його коерцитивна сила демонструє виражену залежність від вихідної структури композиції. Висновки. Встановлено, що термічна обробка нанорозмірних композицій Pt(10 нм)/Co(10 нм), Pt(10 нм)/Au(4 нм)/Co(10 нм) та Pt(5 нм)/Co(5 нм)/Au(4 нм)/Pt(5 нм)/Co(5 нм) на підкладинках полііміду за температури 550 °C упродовж 30 хвилин дозволяє досягти магнітно-твердого стану плівкового матеріалу, при цьому його коерцитивна сила виявляє виражену залежність від структури вихідної композиції – наявності додаткового шару Au та кількості міжшарових меж поділу.

Ключові слова

#нанорозмірна плівкова композиція #гнучка полімерна підкладинка #РФА #мас-спектрометрія #намагніченість #коерцитивна сила

Посилання

  1. L10 ordered thin films for spintronic and permanent magnet applications / A. Hafarov et al. Modern Magnetic and Spintronic Materials. NATO Sci. Peace Secur. B: Phys. Biophys. 2020. P. 73–94. URL: https://doi.org/10.1007/978-94-024-2034-0_4
  2. Nanoscale Materials for State-of-the-Art Magnetic Memory Technologies / A. E. Hafarov et al. Uspehi Fiziki Metallov. 2021. Vol. 22, no. 2. P. 175–203. URL: https://doi.org/10.15407/ufm.22.02.175
  3. Ultrathin CoPt alloy films with fcc (111) orientation and perpendicular magnetic anisotropy fabricated by electrodeposition / D. Araki et al. Electrochemistry Communications. 2025. P. 107938. URL: https://doi.org/10.1016/j.elecom.2025.107938
  4. Yüzüak G. D. Modifying the magnetic characteristics of ferrimagnetic TbFeCo by adjusting the thickness of the L11-ordered CoPt. Journal of Alloys and Compounds. 2025. Vol. 1020. P. 179366. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.179366
  5. Swift heavy ions induced transformations in the structural and magnetic properties of Co/Pt multilayer thin films for magnetic storage / R. Walia et al. Inorganic Chemistry Communications. 2024. P. 113376. URL: https://doi.org/10.1016/j.inoche.2024.113376
  6. Large anomalous Nernst conductivity of L10-ordered CoPt in CoPt composition-spread thin films / R. Toyama et al. Journal of Physics D: Applied Physics. 2024. URL: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ad460e
  7. Huge Giant-Magnetoresistance of Co/Ru/L11-CoPt Multi-layer Pseudo-Spin Valve / T. Thi Be Lan et al. Journal of Alloys and Compounds. 2022. P. 168441. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168441
  8. Magneto-transport properties of perpendicular magnetization CoPt/VO2 bilayer films grown on glass substrate / S. Qiu et al. Surface and Coatings Technology. 2022. Vol. 436. P. 128312. URL: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2022.128312
  9. Ultrahigh efficient spin orbit torque magnetization switching in fully sputtered topological insulator and ferromagnet multilayers / T. Fan et al. Scientific Reports. 2022. Vol. 12, no. 1. URL: https://doi.org/10.1038/s41598-022-06779-3
  10. Room temperature manipulation of exchange bias in magnetic heterojunctions / Y. N. Dong et al. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2022. Vol. 559. P. 169546. URL: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.169546
  11. Tailoring of magnetic anisotropy by ion irradiation for magnetic tunnel junction sensors / A. Mahendra et al. Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 910. P. 164902. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164902
  12. Approaching barrier-free contacts to monolayer MoS2 employing [Co/Pt] multilayer electrodes / S. Gupta et al. NPG Asia Materials. 2021. Vol. 13, no. 1. URL: https://doi.org/10.1038/s41427-021-00284-1
  13. Homogenization and short-range chemical ordering of Co-Pt alloys driven by the grain boundary migration mechanism / R. Pedan et al. Journal of Physics D: Applied Physics. 2022. URL: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ac8204
  14. Low-Platinum-Content Exchange-Coupled CoPt Nanoalloys with Enhanced Magnetic Properties / G. Basina et al. Nanomaterials. 2024. Vol. 14, no. 6. P. 482. URL: https://doi.org/10.3390/nano14060482
  15. Microstructure and Magnetic Properties of Exchange-Coupled Co72Pt28/Pt/Co81Ir19 Composite Media for Perpendicular Magnetic Recording / Z. W. Li et al. Journal of Superconductivity and Novel Magnetism. 2019. Vol. 32, no. 7. P. 2229–2233. URL: https://doi.org/10.1007/s10948-018-4953-8
  16. Primitive exchange coupling in CoPt/MnN layered structures: Exchange coupling established during deposition / W. Li et al. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2021. Vol. 538. P. 168331. URL: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168331
  17. Huge Giant-Magnetoresistance of Co/Ru/L11-CoPt Multi-layer Pseudo-Spin Valve / T. Thi Be Lan et al. Journal of Alloys and Compounds. 2022. P. 168441. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.168441
  18. Efficient Orbitronic Terahertz Emission Based on CoPt Alloy / Y. Liu et al. Advanced Materials. 2024. URL: https://doi.org/10.1002/adma.202404174
  19. Field‐Free Memristive Spin–Orbit Torque Switching in A1 CoPt Single Layer for Image Edge Detection / L. Yang et al. Advanced Electronic Materials. 2024. URL: https://doi.org/10.1002/aelm.202300885
  20. CoPt/TiN films nanopatterned by RF plasma etching towards dot-patterned magnetic media / J. Szívós et al. Applied Surface Science. 2018. Vol. 435. P. 31–38. URL: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.11.062
  21. Ewing J., Wang Y., Arnold D. P. High-current-density electrodeposition using pulsed and constant currents to produce thick CoPt magnetic films on silicon substrates. AIP Advances. 2018. Vol. 8, no. 5. P. 056711. URL: https://doi.org/10.1063/1.5007272
  22. Highly (001) oriented L10-CoPt/TiN multilayer films on glass substrates with perpendicular magnetic anisotropy / H. An et al. Journal of Vacuum Science & Technology A: Vacuum, Surfaces, and Films. 2015. Vol. 33, no. 2. P. 021512. URL: https://doi.org/10.1116/1.4905847
  23. Evolution of structure and magnetic properties of sputter-deposited CoPt thin films on MgO(111) substrates: Formation of the L11 phase / A.-C. Sun et al. Scripta Materialia. 2009. Vol. 61, no. 7. P. 713–716. URL: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2009.06.011
  24. Sun A.-C., Huang C.-F. Microstructure study of CoPt thin film with phase change from A1 → L11 → A1 → L10. Journal of Applied Physics. 2013. Vol. 113, no. 17. P. 17C110. URL: https://doi.org/10.1063/1.4799526
  25. Effects of annealing temperature, atomic composition, film thickness on structure and magnetic properties of CoPt composite films / Y. J. Zhang et al. Journal of Alloys and Compounds. 2011. Vol. 509, no. 2. P. 326–331. URL: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.09.020
  26. High post-annealing stability in [Pt/Co] multilayers / T. Young Lee et al. Journal of Applied Physics. 2013. Vol. 113, no. 21. P. 216102. URL: https://doi.org/10.1063/1.4809130
  27. Effect of different seed layers with varying Co and Pt thicknesses on the magnetic properties of Co/Pt multilayers / S. T. Lim et al. Journal of Applied Physics. 2015. Vol. 117, no. 17. P. 17A731. URL: https://doi.org/10.1063/1.4916295
  28. Formation of L10 with (001) texture in magnetically annealed Co/Pt multilayers / A. Markou et al. Journal of Applied Physics. 2011. Vol. 110, no. 8. P. 083903. URL: https://doi.org/10.1063/1.3651380
  29. Formation of L10-ordered CoPt during interdiffusion of electron-beam-deposited Pt/Co bilayer thin films on Si/SiO2 substrates by rapid thermal annealing / R. Toyama et al. Materials Research Express. 2020. Vol. 7, no. 6. P. 066101. URL: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab934a
  30. Beke D. L., Kaganovskii Y., Katona G. L. Interdiffusion along grain boundaries – Diffusion induced grain boundary migration, low temperature homogenization and reactions in nanostructured thin films. Progress in Materials Science. 2018. Vol. 98. P. 625–674. URL: https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2018.07.001
  31. Low-temperature formation of the FePt phase in the presence of an intermediate Au layer in Pt /Au /Fe thin films / I. A. Vladymyrskyi et al. Journal of Physics D: Applied Physics. 2015. Vol. 49, no. 3. P. 035003. URL: https://doi.org/10.1088/0022-3727/49/3/035003
  32. Diffusion and solid state reactions in Fe/Ag/Pt and FePt/Ag thin-film systems / G. L. Katona et al. Journal of Physics D: Applied Physics. 2015. Vol. 48, no. 17. P. 175001. URL: https://doi.org/10.1088/0022-3727/48/17/175001
  33. Low-temperature diffusion in thin-film Pt-(Au-)-Co heterostructures: a structural and magnetic characterization / R. Pedan et al. Nanotechnology. 2024. URL: https://doi.org/10.1088/1361-6528/ad22a8
  34. Flexible Magnetoreceptor with Tunable Intrinsic Logic for On‐Skin Touchless Human‐Machine Interfaces / P. Makushko et al. Advanced Functional Materials. 2021. Vol. 31, no. 25. P. 2101089. URL: https://doi.org/10.1002/adfm.202101089
  35. Flexible Exchange‐Biased Films with Superior Strain Stability / X. Bao et al. Advanced Functional Materials. 2024. URL: https://doi.org/10.1002/adfm.202409844
  36. Pearson W. B., Raynor G. V. Handbook of Lattice Spacings and Structures of Metals and Alloys: International Series of Monographs on Metal Physics and Physical Metallurgy, Vol. 4. Elsevier Science & Technology Books, 2013.
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

РОЗРОБКА МЕТОДУ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ДИНАМІЧНИХ ТЕПЛОВИХ ПОРТРЕТІВ ДЛЯ НАДІЙНОГО ВИЯВЛЕННЯ ЦІЛЕЙ

Степан Лис, Оксана Оборська

Проблематика. Автоматизовані системи спостереження з БпЛА стикаються з подвійним викликом: виявленням теплоконтрастних об'єктів у реальному часі та їх ідентифікацією в…

#тепловізійні системи #ідентифікація цілей #локалізація зони інтересу #динамічний тепловий портрет
10.20535/kpisn.2026.3.359114

МЕТОДИКА ФОРМУВАННЯ ІНФОРМАТИВНОГО ПРОСТОРУ ОЗНАК ТЕХНІЧНИХ ІНДИКАТОРІВ ФІНАНСОВИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ

Роман Тертичний, Денис Чупрін, Петро Бідюк

Проблематика. Фінансові часові ряди характеризуються нелінійністю, нестаціонарністю та високим рівнем шуму, що суттєво ускладнює їх моделювання та прогнозування.…

#методика формування інформативного простору ознак #технічні індикатори #волатильність Паркінсона #нейронні мережі
10.20535/kpisn.2026.3.359610

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЦІЛІСНОСТІ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ПРОМИСЛОВИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Ярослав Корпань, Євген Федоров, Ольга Нечипоренко

Проблематика. Сучасні промислові системи контролю характеризуються високим рівнем інтеграції інформаційних і фізичних процесів та використанням розподілених…

#промислові системи автоматизації #SCADA-системи #цілісність даних #кібербезпека ICS
10.20535/kpisn.2026.3.361520

Схожі статті

1-10 з 11

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.