Твердофазные реакции в эпитаксиальных пленках Ge/Fe(001): структурные и магнитные свойства

СКВИД-магнитометрии имеет большие перспективы при исследовании магнитных характеристик веществ, содержащих незначительное количество магнитных примесей, а также микрограммовых образцов.

Наконец, высокая чувствительность метода позволяет проводить измерения в очень слабых полях менее 10 Э. В ряде случаев, в частности при исследовании ВТСП, это обстоятельство имеет принципиальное значение.

Библиографические ссылки

1. Кларк Дж. Принципы действия и применение СКВИДов // ТИИЭР. 1989. Т. 77. № 8. С. 118-137.

2. Великанов Д. А. Магнитометр со сверхпроводящим квантовым интерферометрическим датчиком. Патент РФ № 2246119, 10.02.2005.

3. В еликанов Д. А. Криостат. Патент РФ № 2304745, 20.08.2007.

D. A. Velikanov

L. V. Kirensky Institute of Physics SB RAS, Russia, Krasnoyarsk, Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

SQUID-MAGNETOMETER FOR INVESTIGATING THE MAGNETIC PROPERTIES OF MATERIALS IN THE TEMPERATURE RANGE OF 4.2-370 К

A magnetometer based on DC SQUID is described. It is designed to investigate a wide range of substances in weak magnetic fields. The dynamic range of the device is 210 -8.510 -2 emu.

© Великанов Д. А., 2012

УДК 541.124.16 + 662.612

В. А. Коньков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

В. Г. Мягков, В. С. Жигалов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

Г. Н. Бондаренко Институт физики имени Л. В. Киренского Сибирского отделения Российской академии наук, Россия, Красноярск

ТВЕРДОФАЗНЫЕ РЕАКЦИИ В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ ПЛЕНКАХ Ge/Fe(001): СТРУКТУРНЫЕ И МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА

Представлены экспериментальные исследования твердофазных реакций в пленках Ge/Fe. Первой фазой, формирующейся на интерфейсе Fe/Ge при температуре отжига 300 °С, является фаза в - Fe16Ge. При температуре выше 550 С возникает фаза Fe3Ge с магнитными характеристиками K¡ = 1,3510 эрг/см3 и MS = 1080 Гс.

Ферромагнитные полупроводники на основе Si и Ge являются перспективными материалами для устройств спинтроники, они могут эффективно инжектировать спин поляризационные носители в немагнитный полупроводник. В настоящее время ферромагнитные полупроводники FexGei-x привлекают большее внимание, однако природа формирования ферромагнитных FexGe1-x фаз остается неисследованной [1].

В работе исследуются твердофазные реакции в эпитаксиальных пенках Ge/Fe(001). Исходные пленочные структуры Ge/Fe получены последовательным термическим осаждением слоев Ge и Fe на стеклянную и монокристаллическую подложку Mg0(001) в вакууме 10-6 мм рт. ст. В экспериментах использовались образцы с атомным отношением 1Fe:1Ge общей толщиной 200 нм. Осаждение слоев Fe велось при температуре 250 °С, при которой происходил эпитак-

сиальный рост Бе(001) на поверхности Mg0(001). Слои ве осаждались при комнатной температуре для предотвращения твердофазной реакции между слоями ве и Бе. Исходные образцы ве/Ре(001) подвергались термическому отжигу в температурном диапазоне: на Mg0(001) от 300 °С до 700 °С и на стекле от 300 °С до 550 °С, с шагом 50 °С и выдержкой при каждой температуре 40 минут. Измерения магнитной кристаллографической анизотропии К и намагниченности насыщения М8 проводили методом крутящих моментов в максимальном магнитном поле 18 кЭ.

Зависимости нормализированных величин К и М8 от температуры отжига Т приведены на рис. 1. До температуры 300 °С значения К и М8 не зависят от Т, что доказывает отсутствие перемешивания и формирования соединений на интерфейсе германия с железом.

Решетневскце чтения

При температуре свыше 300 °С все образцы показывают уменьшение значений К и MS монокристаллического железного слоя и при температуре 550 °С становятся полностью немагнитными. При температурах Т > 600 °С величины К и MS сильно увеличиваются и при 700 °С принимают значения К = 1,35-105 эрг/см3 и MS = 1 080 Гс.

Дифракционные картины меняются в соответствии с изменением зависимостей Кг(Т) и MS(T). На рис. 2 приведены рентгеновские спектры пленочной структуры Ge/Fe после отжига при 350, 550 и 700 °С. При температурном отжиге свыше 300 °С происходит возникновение и рост отражений от в - Fe16Ge(101) и в -Fe16Ge(202) (рис. 2, а), что говорит о формировании поликристаллических фаз в продуктах реакции. Фаза в - Fe1,6Ge продолжает расти до температур отжига порядка 550 °С, при последующих отжигах рост пиков этой фазы не наблюдается. При температуре отжига выше 550 °С отражения новой фазы Fe3Ge

(рис. 2, б) идет с образованием пиков Fe3Ge(110), Fe3Ge(220), Fe3Ge(200) и Fe3Ge(213) (рис. 2 в). В поликристаллических Fe/Ge c увеличением температуры отжига возникает такая же фазовая последовательность (рис. 3).

Показано, что твердофазная реакция в Ge/Fe пленочных структурах стартует при температуре отжига ~300 °С с формированием немагнитной в - Fe16Ge фазы. Эта фаза растет поликристаллической на стеклянной подложке и ориентированной на Mg0(001). Определены намагниченность насыщения MS = 1 080 Гс и константа магнитокристаллографической анизотропии Кг = 1,35-105 эрг/см3.

Библиографическая ссылка

1. Коньков В. А., Мягков В. А. Структура и магнитные свойства P-Fe^Ge эпитаксиальных тонких пленок ВНКСФ-18, 2012.

Рис. 1. Зависимости константы магнитокристаллографической анизотропии К! намагниченности

насыщения М5 от температуры отжига Т

Рис. 2. Дифрактограмма эпитаксиальной Ge/Fe пленочной системы от температур отжига 350, 550, 700 °C на подложке MgO

Рис. 3. Дифрактограмма эпитаксиальной Ge/Fe пленочной системы от температур отжига 350, 550 °C на стеклянной подложке

V. A. Konkov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

V. G. Myagkov, V. S. Zhigalov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk Kirensky Institute of Physics, SB RAS, Russia, Krasnoyarsk

G. N. Bondarenko Kirensky Institute of Physics, SB RAS, Russia, Krasnoyarsk

SOLID-STATE REACTIONS IN EPITAXIAL FILMS Fe/Ge(001): STRUCTURAL AND MAGNETIC PROPERTIES

The result of the experimental of the solid-state reactions in Fe/Ge films is presented. First phase which formed at Fe/Ge interface at 300 °C is в - Fe16Ge. Above 550 °C phase Fe3Ge is formed with magnetic characteristics: К1 = 1,35-105 erg/cm3 и MS= 1080 emu/cm3.

© Коньков В. А., Мягков В. Г., Жигалов В. С., Бондаренко Г. Н., 2012

УДК 621.921

Г. В. Кочкина, Г. Г. Крушенко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОТЕКТОРНЫХ РЕЗИН ПУТЕМ ВВЕДЕНИЯ В СОСТАВ НАНОПОРОШКА ПРИРОДНОГО ГРАФИТА

Рассмотрено использование нанопорошка природного графита в составе протекторных резин, используемых для изготовления авиашин, и исследовано его влияние на свойства протекторных резин.

В настоящее время основной задачей шинных предприятий России является увеличение средней продолжительности жизни и число приземлений для каждой шины, причем эти показатели могут изменяться в связи с географическим местоположением, весом самолета, типом использования (пассажирский или грузовой), размером аэропорта, длиной взлетно-посадочной полосы и даже временем года. Технически к шинам для авиации выдвигаются очень серьезные требования; они должны выдерживать до 30 тонн, двигаться со скоростью 380 км/ч и противостоять температуре -55 °С, должны выдерживать приземление и торможение на коротком расстоянии. Передача силы энергии от тормозов до шин огромна. Поэтому к получаемым заготовкам предъявляются высокие требования по однородности резиновых смесей и точности геометрических размеров полуфабрикатов.

Известна технология, где в составе протекторных резин вместо технического углерода применяют на-нопорошок природного графита, полученного путем механического измельчения графитовой руды. Это дешевый вид природного сырья, который в настоящее время находит лишь ограниченное использование в металлургии и энергетике. Месторождение графита находится в Эвенкии и по своим запасам является одним из богатейших месторождений графита в России. Исходя из свойств природного скрытокристалли-ческого графита Курейского месторождения [1] и учитывая присутствие в нем до 4 масс. % золы, со-

держащей различные окислы, в том числе металлов (28,38 % 8Ю2; 14,57 % Ре203; 26,77 % СаО; 0,06 % Р205; 0,82 % ТЮ2; 0,353 % МпО; 1,41 % №20; 21,43 % А1203; 5,32 % Mg0; 0,25 % К20) [2], было решено опробовать его в рецептуре таких технических резин, в которых они выполняют активную роль в процессе структурирования каучука. Следует отметить, что использование для этой цели природного графита экономически выгоднее, чем синтетического углерода. Синтетический углерод производится на специализированных заводах, а природный графит, в частности, Курейский, добывается открытым способом. Для его применения в резинах требуется произвести только его измельчение. В результате себестоимость графитовых наполнителей получается на 25...30 % ниже, чем синтетического углерода.

Для применения природного графита в протекционных резинах была разработана следующая технология: графитовую руду с размерами порядка 10 мм вначале измельчали в щековой мельнице до размеров частиц менее 0,1 мм, удельная поверхность которых составляла 6 м2/г; а дальнейшее измельчение производили в центробежно-планетарной мельнице при ускорении 40 g [3]. При этом были подобраны, количественно оптимизированы и интеркалированы в межплоскостное пространство графитовых сеток соответствующие детергенты, которые в процессе обработки позволили разрушить графит, практически не разрушая графитовые сетки.