Низкотемпературное магнетронное осаждение наноструктурных пленок Ni–C: синтез, структура и магнитные свойства

Abstract

С помощью магнетронного распыления композитной Ni–C-мишени были выращены три группы пленок с отношением C/Ni (vol.%) = 30/70; 40/60; 60/40. Методом атомной силовой микроскопии (AFM) установлен кластерный характер осаждения пленок на поверхность подложки. Рентгеноструктурный анализ трех групп пленок позволил исследовать влияние температуры подложки на структуру и размер нанокристаллитов никеля с углеродной оболочкой, которые формируют пленку. Индуктивно-частотным методом измерена намагниченность насыщения 4πMS никелевых наночастиц и изучена ее зависимость от температуры подложки. Показано, что пленки с минимальной концентрацией углерода проявляют ферромагнетизм уже при осаждении на холодную подложку. Пленки с увеличенным содержанием углерода проявляют магнетизм при осаждении только на горячие подложки.

За допомогою магнетронного розпилення композитної Ni–C-мішені були вирощені три групи плівок з відношенням C/Ni (vol.%) = 30/70; 40/60; 60/40. Mетодом атомної силової мікроскопії (AFM) встановлено кластерний характер осадження плівок на поверхню підкладки. Рентгеноструктурний аналіз трьох груп плівок дозволив дослідити вплив температури підкладки на структуру і розмір нанокристалітів нікелю з вуглецевою оболонкою, які формують плівку. Індуктивно-частотним методом виміряно намагніченість насичення 4πMS нікелевих наночастинок і вивчено її залежність від температури підкладки. Показано, що плівки з мінімальною концентрацією вуглецю виявляють феромагнетизм вже при осадженні на холодну підложку. Плівки зі збільшеним вмістом вуглецю виявляють магнетизм при осадженні тільки на гарячі підкладки.

Three groups of films with the ratio of C/Ni (vol.%) = 30/70; 40/60; 60/40 have been grown up by means of magnetron sputtering of the composite Ni–C target. The cluster nature of film deposition onto a substrate surface has been established by method of atomic force microscopy (AFM). X-ray analysis of three groups of films has allowed investigating influence of substrate temperature on the structure and the size of the nickel nanocrystallites with a carbon shell that form a film. Saturation magnetization 4πMS of nickel nanoparticles was measured by inductive-frequency method and its dependence on the substrate temperature was studied. It is shown, that the films with the minimum concentration of carbon have ferromagnetism at deposition onto a cold substrate already. The films with the increased concentration of carbon demonstrate the magnetism at deposition only onto hot substrates.