Впервые путем имплантации быстрых ионов железа в эпитаксиальные плёнки палладия реализован синтез бинарных сплавов Pd_(1-x)Fe_x, где значение x определяется дозой имплантации и лежит в диапазоне 0.01-0.10. Показано [1], что имплантированная примесь железа находиться в форме раствора замещения в кристаллической структуре палладия. Имплантация ионов железа в матрицу палладия индуцирует переход его в ферромагнитное состояние при низких температурах (см. рис.1a). При этом магнитные параметры ионно-синтезированных сплавов определяются как дозой имплантации железа, так и режимами последующего термического отжига за счёт пространственного перераспределения атомов железа во время отжига (поддержано расчетами их первых принципов [2]). В отличие от подобных плёнок бинарных сплавов Pd-Fe, полученных методом молекулярно-лучевой эпитаксии, ионно-синтезированные сплавы проявляют две характерные особенности. Первой особенностью является существенно меньшее значение величины коэрцитивного поля, что важно для практических приложений ионно-синтезированных сплавов в сверхпроводящей спинтронике (рис.1б). Вторая особенность – это формирование многофазной слоистой магнитной структуры (спинодальный распад) в имплантированных Fe плёнках Pd, что подтверждается наблюдением множества пиков ферромагнитного резонанса [1]. Спинодальный распад в имплантированных пленках Pd на слои с определенными равновесными значениями концентрации железа – интригующее наблюдение для пары Pd и Fe, обычно считающейся полностью взаимно растворимой в бинарных смесях при x ниже 10 атомных процентов.

Рис. 1. Петли магнитного гистерезиса (a) и термомагнитные кривые (б) для имплантированной железом пленки палладия (значение x~7.5 ат. %) как до (-○-), так и после (-●-) термического отжига в вакууме при 770ºК в течение 20 мин. Для сравнения представлены магнитные кривые (-■-) для тонкоплёночного бинарного сплава Pd_0.925Fe_0.075, полученной методом МЛЭ.

Публикации:

1. Iron-implanted epitaxial palladium thin films: Structure, ferromagnetism and signatures of spinodal decomposition [Text] / A.I. Gumarov, I.V. Yanilkin, R.V. Yusupov, A.G. Kiiamov, L.R. Tagirov, R.I. Khaibullin // Materials Letters. – 2021. – Vol. 305. – Art. 130783.
2. Ab initio Investigation of Impurity Ferromagnetism in the Pd_1−xFe_x Alloys: Concentration and Position Dependences [Text] / I. Piyanzina, A. Gumarov, R. Khaibullin, L. Tagirov // Crystals. – 2021. – Vol. 11, Iss.10. – Art. 01257.

Исследование выполнено в рамках гранта РФФИ № 20-02-00981.

Направления ПФНИ: 1.3.2.10. Физическое материаловедение и физика дефектов; 1.3.2.3. Физика магнитных явлений, магнитные материалы и структуры, спинтроника.