STRUCTURAL-PHASE TRANSFORMATIONS AND MAGNETIC PROPERTIES OF NANOSCALE Pt/Co-BASED THIN FILM COMPOSITIONS DEPOSITED ON FLEXIBLE POLYMER SUBSTRATES

42 Матеріалознавство DOI: https://doi.org/10.20535/kpisn.2025.3.337638 ÓÄÊ 621.793 Р.В. Педань1, О.В. Дубіковський1,2, А.В. Боднарук1,3, І.О. Круглов1, Ю.В. Яворський1, І.А. Владимирський1* КПІ ім. Ігоря Сікорського, Київ, Україна Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України, Київ, Україна 3 Інститут фізики НАН України, Київ, Україна 1 2 *Відповідальний автор: СТРУКТУРНО-ФАЗОВІ ПЕРЕТВОРЕННЯ ТА МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ НАНОРОЗМІРНИХ ПЛІВКОВИХ КОМПОЗИЦІЙ НА ОСНОВІ Pt/Co, ОСАДЖЕНИХ НА ГНУЧКІ ПОЛІМЕРНІ ПІДКЛАДИНКИ Проблематика. Феромагнітні наноплівки на основі Pt/Co викликають 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. Pt/Co 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 підкладинки методом магнетронного розпорошення за кімнатної температури. Після осадження їх відпалювали у вакуумі за 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 хв. спричиняє формування дуже малих кристалів, що найбільш імовірно пов’язано з релаксацією напружень, що виникли у плівкових композиціях у 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 Co/Pt, що вказує на гомогенізацію складу плівкових композицій внаслідок відпалу. З результатів дослідження 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 хв. 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. Пропозиція для цитування цієї статті: Р.В. Педань, О.В. Дубіковський, А.В. Боднарук, І.О. Круглов, Ю.В. Яворський, І.А. Владимирський, “Cтруктурно-фазові перетворення та магнітні властивості нанорозмірних плівкових композицій на основі Pt/Co, осаджених на гнучкі полімерні підкладинки”, Наукові вісті КПІ, № 3, с. 42–49, 2025. doi: https://doi.org/10.20535/kpisn.2025.3.337638 Offer a citation for this article: Pedan R.V., Dubikovskyi O.V., Bodnaruk A.V., Kruhlov I.O., Yavorskyi Yu.V., Vladymyrskyi I.A., “Structural-phase transformations and magnetic properties of nanoscale Pt/Co-based thin film compositions deposited on flexible polymer substrates”, KPI Science News, no. 3, pp. 42–49, 2025. doi: https://doi. org/10.20535/kpisn.2025.3.337638 © The Autor(s). The article is distributed under the terms of the license CC BY 4.0 Матеріалознавство Вступ Феромагнітні нанорозмірні плівкові матеріали на основі Pt/Co викликають постійний інтерес дослідників з огляду на можливість їх практичного використання як функціональні шари пристроїв спінтроніки та наноелектроніки, що обумовлено їхнім унікальним комплексом магнітних властивостей, вираженою корозійною стійкістю та суміжністю з сучасними технологічними процесами [1, 2]. Зокрема, плівкові сплави системи Co–Pt розглядаються як матеріали для магніторезистивних сенсорів, пристроїв, що працюють на основі ефектів магнітних тунельних переходів та переносу спін-орбітального моменту, жорстких магнітних дисків, генераторів електромагнітного випромінювання терагерцового діапазону та носіїв інформації на основі скірміонів [3–19]. Основним методами отримання нанорозмірних феромагнітних плівок на основі Pt/Co є осадження сплаву відповідного хімічного складу на нагріті підкладинки [20–24] або осадження сплаву за кімнатної температури з проведенням наступної термічної обробки [25–28]. Альтернативним підходом є послідовне нанесення окремих шарів Co і Pt з подальшим термічним впливом, який ініціює дифузійно-індуковане формування інтерметалідних фаз [6, 13, 29]. У таких нанорозмірних структурах термічно індукована дифузійна взаємодія між шарами Co та Pt може забезпечити формування низки феромагнітних фаз, зокрема, магнітно-м’яких А1-CoPt, L12-Co3Pt та L12-CoPt3 з гранецентрованою кубічною ґраткою та магнітно-твердої L10-CoPt з гранецентрованою тетрагональною структурою. Особливістю останнього підходу є можливість формування феромагнітних плівкових матеріалів за відносно невисоких температур обробки шляхом розвитку дифузійних процесів за домінуючим зернограничним механізмом [13]. Більше того, формування наперед заданої структури завдяки дифузії границями зерен у нанорозмірних плівках має додаткові переваги, оскільки подібні матеріали характеризуються високою протяжністю цих границь [30]. Також відомо, що введення до складу нанорозмірних плівкових композицій додаткових проміжних шарів благородних металів, наприклад Au, а також збільшення кількості міжшарових меж розділу може обумовлювати виникнення додаткових механічних напружень, які слугують екстра рушійною силою розвитку дифузійних процесів і, як наслідок, сприяють ди- 43 фузійно-контрольованому формуванню заданого структурно-фазового стану [31–33]. Застосування фізико-матеріалознавчих підходів, які дозволять досягти зниження температур формування феромагнітних фаз у плівкових композиціях на основі Pt/Co, є необхідним для застосування цих матеріалів у технологіях «гнучкої» електроніки [34, 35]. Однак створення пристроїв спінтроніки на основі плівок Pt/Co, осаджених на гнучкі підкладинки, потребує ґрунтовного дослідження закономірностей розвитку дифузійних процесів і перебігу контрольованих ними структурно- (...truncated)