Эквивалентные схемы замещения наногранулированных композиционных пленок из наночастиц сплава FeCoZr, осажденных в диэлектрические матрицы Al2O3 и PZT

  • Андрей Викторович Ларькин Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Кириллович Федотов Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-3-104-112

Аннотация

Представлены результаты изучения характеристик эквивалентных схем замещения наногранулированных композиционных пленок (Fe0,45Cо0,45Zr0,10)x(Al2O3)1 – x и (Fe0,45Cо0,45Zr0,10)x(PZT)1 – x с концентрацией металлосодержащей фазы в диапазоне 0,3 < х < 0,8. Пленки толщиной 2–7 мкм получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней в среде чистого аргона и в смеси Ar – O2 с последующим ступенчатым (с шагом 25 К) изохронным (15 мин) отжигом на воздухе в диапазоне температур 398–873 К. Осаждение нанокомпозитов в кислородосодержащей среде либо последующий отжиг на воздухе приводили к формированию наночастиц со структурой «ядро – оболочка», представляющей собой металлические наночастицы Fe0,45Cо0,45Zr0,10, покрытые оболочками из собственных оксидов железа и кобальта (FeO, Fe3O4, Fe2O3, CoO). Установлено, что в случае формирования вокруг металлических наночастиц оболочек из включений собственных оксидов железа полупроводникового типа (FeO, Fe3O4), частотные зависимости полного импеданса нанокомпозитов могут быть описаны на основе эквивалентных схем замещения, содержащих два резонансных RCL-контура, что сопровождается положительным фазовым сдвигом тока относительно приложенного напряжения смещения (так называемым эффектом отрицательной емкости). Если в оболочках вокруг металлических наночастиц увеличивается содержание оксида Fe2O3, являющегося диэлектриком, то это приводит к эквивалентным схемам замещения либо с одним резонансным RCL-контуром, либо вообще без RCL-контура, в результате чего эффект отрицательной емкости отсутствует. Показано, что с помощью построения эквивалентных схем замещения нанокомпозитов с разным соотношением металлической (FeCoZr) и диэлектрической (Al2O3, PZT) компонент удается описать частотно-температурные зависимости импеданса для элементов схем (R, C, L), соответствующих как отдельным компонентам, так и формирующимся собственным полупроводниковым и диэлектрическим оксидам железа и кобальта в оболочках вокруг металлических ядер.

Биографии авторов

Андрей Викторович Ларькин, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

старший преподаватель кафедры энергофизики физического факультета

Александр Кириллович Федотов, Институт ядерных проблем БГУ, ул. Бобруйская, 11, 220006, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; главный научный сотрудник лаборатории физики перспективных материалов

Литература

  1. Zhukowski P, Koltunowicz TN, Wegierek P, Fedotova JA, Fedotov AK, Larkin AV. Formation of noncoil-like inductance in nanocomposites (Fe0.45Co0.45Zr0.10)x(Al2O3)1 – x manufactured by ion-beam sputtering of complex targets in Ar – O2 atmosphere. Acta Physica Polonica A. 2011;120:43–45. DOI: 10.12693/APhysPolA.120.43.
  2. Koltunowicz TN, Fedotova JA, Zhukowski P, Saad A, Fedotov A, Kasiuk JV, et al. Negative capacitance in (FeCoZr) – (PZT) nanocomposite films. Journal of Physics D: Applied Physics. 2013;46(12):125304. DOI: 10.1088/0022-3727/46/12/125304.
  3. Zhukovski P, Koltunowicz T, Fedotova J, Larkin A. An effect of annealing on electric properties of nanocomposites (CoFeZr)x(Al2O3)1 – x produced by magnetron sputtering in the atmosphere of argon and oxygen beyond the percolation threshold. Przegląd Elektrotechniczny. 2010;7:157–159.
  4. Saad AM, Mazanik AV, Fedotov AK, Svito IA, Kalinin YE, Sitnikov AV, et al. Structure and electrical properties of cofezr-aluminium oxide nanocomposite films. Reviews on Advanced Materials Science. 2004;8(2):152–157.
  5. Fedotova J, Kasiuk J, Przewoznik J, Kapusta Cz, Svito I, Kalinin Yu, et al. Effect of oxide shells on the magnetic and magnetotransport characteristics of oxidized FeCoZr nanogranules in Al2O3. Journal of Alloys and Compounds. 2011;509(41):9869–9875. DOI: 10.1016/j.jallcom.2011.07.066.
  6. Kasiuk JV, Fedotova JA, Marszalek M, Karczmarska A, Mitura-Nowak M, Kalinin YuE, et al. Effect of oxygen pressure on phase composition and magnetic structure of FeCoZr-Pb(ZrTi)O3 nanocomposites. Physics of the Solid State. 2012;54:178–184. DOI: 10.1134/S1063783412010179.
  7. Zukowski P, Koltunowicz T, Partyka J, Fedotova AYu, Larkin AV. Electrical properties of nanostructures (CoFeZr)x + (Al2O3)1 – x with use of alternating current. Vacuum. 2009;83(supplement 1):S275–S279. DOI: 10.1016/j.vacuum.2009.01.081.
  8. Koltunowicz TN, Zhukowski P, Fedotov AK, Larkin AV, Patryn A, Andryevskyy B, et al. Influence of matrix type on negative capacitance effect in nanogranular composite films FeCoZr-insulator. Elektronika ir elektrotechnika. 2013;19(4):37–40. DOI: 10.5755/j01.eee.19.4.1693.
  9. Larkin AV, Fedotov AK, Fedotova JA, Koltunowicz TN, Zhukowski P, Bury P. Equivalent circuits for FeCoZr – Al2O3 nanocomposite films deposited in argon and argon-oxygen atmospheres. Przegląd Elektrotechniczny. 2012;4a:93–95.
  10. Boiko O, Koltunowicz TN, Zukowski P, Fedotov AK, Larkin AV. The effect of sputtering atmosphere parameters on dielectric properties of the ferromagnetic alloy – ferroelectric ceramics nanocomposite (FeCoZr)x(PbZrTiO3)100 – x. Ceramics International. 2017;43(2):2511–2516. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.11.052.
  11. Koltunowicz TN, Zhukowski P, Boiko O, Saad A, Fedotova JA, Fedotov AK, et al. AC hopping conductance in nanocomposite films with ferromagnetic alloy nanoparticles in a PbZrTiO3 matrix. Journal of Electronic Materials. 2015;44(7):2260–2268. DOI: 10.1007/s11664-015-3685-9.
  12. Larkin AV, Fedotov AK, Fedotova JA, Koltunowicz TN, Zhukowski P. Temperature and frequency dependences of real part of impedance in the FeCoZr-doped PZT nanogranular composites. Materials Science-Poland. 2012;30:75–81. DOI: 10.2478/s13536-012-0015-2.
  13. Partyka J, Zukowski P, Kolasik M, Fedotov A, Fedotova J, Larkin A, et al. A model of hopping recharging and its verification for nanostructures formed by the ion techniques. Przegląd Elektrotechniczny. 2008;3:247–249.
Опубликован
2022-10-27
Ключевые слова: наногранулированные композиты, наночастицы, структура «ядро – оболочка», эквивалентные схемы замещения, эффект отрицательной емкости
Как цитировать
Ларькин, А. В., & Федотов, А. К. (2022). Эквивалентные схемы замещения наногранулированных композиционных пленок из наночастиц сплава FeCoZr, осажденных в диэлектрические матрицы Al2O3 и PZT. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 3, 104-112. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2022-3-104-112
Выпуск
№ 3 (2022): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Наноматериалы и нанотехнологии

Copyright (c) 2022 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).