Фундаментальное материаловедение

Тонкопленочные мультиферроики BiFe1-xCoxO3 и BiFe1-xNixO3: получение и анализ
структуры 1
Акбашев А.Р., Горбенко О.Ю., Картавцева М.С.
студент
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
E-mail: akbashev.fnm@mail.ru
В последние годы все большую популярность приобретают материалы со
свойствами мультиферроиков. Мультиферроики – это кристаллические вещества, в
которых сосуществуют хотя бы два из трех типов упорядочений: магнитного,
электрического и эластического. Вследствие возможности намагничивания под
действием электрического поля, и, наоборот, поляризации при воздействии магнитного
поля (магнитоэлектрический эффект) такие материалы находят широкое применение не
только в микроэлектронике и сенсорных устройствах, но и в новом, бурно
развивающемся направлении - спинтронике.
Нами получены тонкие пленки твердых растворов состава BiFe1-xCoxO3 и BiFe1xNixO3
методом химического осаждения из паровой фазы летучих металлорганических
соединений (дипивалоилметанатов переходных металлов и трифенилвисмута).
Исследована принципиальная возможность легирования перовскитной структуры
BiFeO3 кобальтом (III) и никелем (III), а проведен поиск P(O2)-T условий образования и
стабилизации полученных фаз в тонкопленочном состоянии. До настоящих пор в
литературе не было ни одного сообщения о частичном замещении иона железа в
структуре перовскитного BiFeO3 трехвалентным кобальтом, а перовскит состава BiCoO3
не известен. Более того, при добавлении кобальта в стандартных условиях синтеза
керамик и тонких пленок не образуется даже и BiFeO3 (вероятно ввиду аномально
сильного понижения перитектических температур в системе Bi-Co-Fe-O и ввиду
высокой термодинамической устойчивости кобальтовой феррошпинели). Нами впервые
показано, что при понижении температуры синтеза в тонких пленках на подложке (001)
SrTiO3 происходит образование эпитаксиальной перовскитной фазы BiFe1-xCoxO3, при
условии подавления образования кобальтовой феррошпинели. Предположительно, такое
замещение может усилить спонтанную поляризацию Ps, аналогично BiFexMn1-xO3, для
которого установлены рекордные значения Ps ~ 140 μКл/см 2 , уже нашедшие применение
в электронике.
Известно, что в BiNiO3, вопреки ожиданиям, существует упорядочение ионов Bi +5
и Bi +3 при наличии в B-подрешетке Ni +2 и Ni +3 , что способствует увеличению
проводимости. Мы предположили, что возможно существование фазы BiFe1-xNixO3 в
тонкопленочном состоянии, а так же, аналогично кобальт(III)-замещенному BiFeO3.
Однако нами было установлено, что после синтеза в оптимизированных P(O2)-T
условиях легированная никелем перовскитная фаза BiFe1-xNixO3 не является заметно
проводящей, что говорит об отсутствии разновалентного никеля в кристаллической
решетке перовскита. Смешение положения рентгеновских пиков относительно BiFeO3
указывает на тревалентное состояние вводимых ионов кобальта и никеля. В дальнейшем
предполагается детальное изучение степеней окисления Ni и Bi в пленке BiFe1-xNixO3.
1 Настоящая работа была выполнена при поддержке РФФИ (грант № 06-03-33070)