Elektrokémiai fémleválasztás: Egy sokrétű módszer a nanostruktúrák kutatásában

Átírás

1 Elektrokémiai fémleválasztás: Egy sokrétű módszer a nanostruktúrák kutatásában Péter László MTA SZFKI Fémkutatási Osztály Elektrolitikus Nanoszerkezetek csoport Az előadás az SZFKI évi publikációs díjához kapcsolódik. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

2 A Publikációs Díjhoz kapcsolódó összesítés: Közlemények, Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

3 A Publikációs Díjhoz kapcsolódó összesítés: Közlemények, Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

4 Ami az előbbi összesítésből még kimaradt könyvfejezet közlemény, összesített redukált impakt faktor: 20, már 4 elfogadott közlemény van A csoport folyamatos publikációs kihozatala biztosított. A csoport életében várható további fontos események: 2 PhD disszertáció (2012., ill ) 1 MTA doktori disszertáció (ez egyben ennek a munkahelyi bemutató előadása) Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

5 Az előadás vázlata 1. Áttekintés: Az elektrokémiai fémleválasztás szerepe a mágneses nanostruktúrák kutatásában (szakirodalmi adatok alapján) 2. Az Elektrolitikus Nanoszerkezetek csoport eredményei a mágneses/nemmágneses multirétegek kutatásában 3. Egy új megközelítés a fémleválasztás vizsgálatában: Reverz mélységprofil analízis 4. Elektrolitikus multirétegek és ötvözetek vizsgálata reverz mélységprofil analízissel 5. Kitekintés: Az elektrokémiai fémleválasztás további lehetőségei, témaperspektívák 6. Köszönetnyilvánítás Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

6 Elektrolitikus mágneses nanostruktúrák áttekintése Ultravékony mágneses rétegek Nanokristályos fémek Az elektrokémiai fémleválasztás előnyei: Hőkezelt metastabil ötvözet Nemágneses mátrix Multiréteg filmek Mágneses fém Hordozó (nemmágneses) Granuláris elegyek < 200 nm Leválasztás szuszpenzióból Mágneses szemcse Leválasztás teraszlépcsőknél a, Leválasztás ÉS oldás egyazon rendszerben, több egymást követő független kísérlet, hordozó sokszori felhasználása b, Nagy mélység/átmérő aránnyal rendelkező hordozók kitöltése: EGYEDÜLÁLLÓ TECHNIKA Sablon szemcse Nanocső nanohuzal teraszlépcső Önszervező kolloid rendszer leválasztás Nanohuzalok mágneses üregrendszer mágneses hab Az összefoglaló alapja: László Péter and Imre Bakonyi, Electrodeposition as a fabrication method of magnetic nanostructures In: Nanomagnetism and Spintronics, F. Nasirpouri and A. Nogaret (Eds.) World Scientific, Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

7 Ultravékony rétegek elektrokémiai leválasztással Ultravékony : d < 2 nm; vastagság mérése rendszerint ekvivalens monorétegben (ML). Az elektrokémiai leválasztás előnye: A potenciállal való pozitív és negatív irányú pásztázással változatos rétegvastagságok valósíthatók meg egyetlen kísérleten belül, és a hordozó is regenerálható. Tipikus kísérleti feltételek: Ultratiszta rendszer, egykristály hordozó (pl. Au (111) ), kis fémion-koncentráció (c = 1 10 mm), a mágnesezettség in situ észlelése (pl. MOKE) gyakran a felületi morfológia szimultán vizsgálatával (STM) Az általános tapasztalat: A mágnesezettség megjelenése véges (értsd: nem tetszőlegesen kicsi) felületi borítottságnál történik meg; Merőleges mágneses anizotrópia (PMA) igen kis rétegvastagságoknál; Az átmenetekhez tartozó vastagságok minden körülménytől erősen függenek (oldat, fedőréteg, hordozó stb.). Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

8 Ultravékony rétegek elektrokémiai leválasztással Tipikus in situ STM felvételek a lassan növekvő fémbevonatról. Nyilak: STM tű pásztázási iránya. Számok: monorétegek száma Forrás: Gündel et. al., Electrodeposition of Fe/Au(111) ultrathin layers with perpendicular magnetic anisotropy; Physica B: Condensed Matter 354 (2004) 243. Anion: Cl Anion: SCN Leválasztás: Co / Au(111) In situ mágnesezési görbék különféle anionok jelenlétében és más-más ekvivalens vastagságoknál. Forrás: L. Cagnon et. al., Anion effect in Co/Au(111) electrodeposition: structure and magnetic behavior; Applied Surface Science 164 (2000) 22. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

9 Nanokristályos mágneses fémek elektrokémiai fémleválasztással A szemcseméret mint a leválasztási körülmények függvénye: A szemcsenövekedés és a nukleáció sebességének viszonya Fő tényezők a szemcseméret alakításában: A kristályok tipikus növekedési pontjainak blokkolása és a felületi adatom koncentráció szabályozása J. W. Dini: Electrodeposition Noyes Publication, USA, René Winand, Electrochim. Acta 39 (1994) Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

10 Nanokristályos mágneses fémek elektrokémiai fémleválasztással Eddig tanulmányozott nanokristályos mágneses fémek: Fe, Ni, Co Ni-Cu, Ni-Fe, Ni-Co, Co-Fe, Co-Pd, Co-Pt Fe-Co-Ni, Fe-Co-P, Fe-Ni-P A mágneses viselkedés kapcsolata a szemcsemérettel: koercitív tér Versengő hatások: kicserélődési kölcsönhatás és anizotrópia. Az ábra számos különböző közlemény adatait összegzi (részben elektrokémiai úton leválasztott anyagokra vonatkozóan): Fe-Ni, Fe-Co, Fe-Si és Fe-Cu-Nb-Si-B ötvözetek Forrás: H. L. Seet et al., Development of high permeability nanocrystalline permalloy by electrodeposition; Journal of Applied Physics 97 (2005) 10N304. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

11 Nanogranuláris fémek elektrokémiai fémleválasztással Mintakészítési módszer: Metastabil ötvözet leválasztása egyensúlyban nem elegyedő fémekből. Fő komponens: nemmágneses fém; kis koncentrációjú ötvöző: mágneses fém. Ezt követően: hőkezelés. Előny a fizikai módszerekkel szemben: leválasztási sebesség Tipikus rendszer: Co-Cu Forrás: G.R. Pattanaik et al., Structure and giant magnetoresistance in electrodeposited granular Cu-Co films; Journal of Magnetism and Magnetic Materials 219 (2000) 309. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

12 Fémek és mágneses részecskék együttes leválasztása Mintakészítési módszer: Fémleválasztás olyan oldatból, ami szuszpendált mágneses részecskéket is tartalmaz. A módszer alkalmas olyan anyagok beépítésére is, ami elektrokémiai módszerrel közvetlenül nem választható le, például: ferritek. A mágneses kompozit előnyei: kemény mágnesek előállítása nemfémes összetevőkkel. Tipikus rendszer: Ni / BaFe 12 O 19 A: anód B: katód C: bevonat D: szuszpendált mágneses részecskék Gyakorlati jelentőség: mikroelektromechanikai rendszerek (MEMS) Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

13 Nanostruktúrák leválasztása nukleációs preferencia kihasználásával Alapelv: Használjuk ki a nukleációsebességben mutatkozó különbségeket olyan felületen ahol... - a kristálylapok nagyok és erőteljesen orientáltak, - a kristály felülete inkompatibilis a leválasztandó fém rácsával, - a teraszlépcsők mentén a leváló anyag nukleációja kedvezményezett. Tipikus rendszer: HOPG (highly oriented pyrolytic graphite) Leválasztható fémek: Au, Pt, Pd, Ni, Ni-Pd (viszonylag nemes fémek és ötvözetek) Gyöngysor-mintázat : a huzal mindig nanorészecskék egybeolvadásával alakul ki. Ni Ni-Pd Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

14 Fémleválasztás szilárd sablonban Sablonok nanohuzalokhoz: Anódos alumínium-oxid (AAO) membránok Rendezett porózus membránok különféle pórusátmérőkkel (d: nm; bizonyos mértékig hangolható) A pórustávolság / pórusátmérő arány csak kicsiny tartományban változik A rendezettség csak többlépéses eljárással érhető el. Polimer alapú membránok nehézion-bombázást követő kémiai marással Rendezetlen porózus membránok, amelyeknél a pórusátmérő a kémiai marás körülményeivel szabályozható Az átlagos pórustávolságot az iondózis határozza meg, ezért a pórusátmérő függetlenül változtatható az átlagos pórustávolságtól A sablonok csatornáit fémmel kitölteni egyedül elektrokémiai leválasztással lehet! Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

15 Fémleválasztás szilárd sablonban AAO membránok Anódos alumínum-oxid (AAO) membránok Köszönet a képekért a szerzőknek: J. Gong, G. Zangari Felülnézeti SEM kép AFM kép Keresztmetszeti SEM kép Mágneses nanohuzalok lehetséges fajtái: Homogén Többszegmensű (d LAYER >d WIRE ) Multiréteges (d LAYER <d WIRE ) A mágneses tulajdonságok kialakításában szerepet játszó tényezők: Alakanizotrópia Nanohuzalok kölcsönhatása A mágneses szegmens alak- és kristályanizotrópiája Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

16 Fémleválasztás: példa mágneses nanohuzalok tulajdonságaira Ábra forrása: K. Nielsch et al., J. Magn. Magn. Mater. 249 (2002) 236. A kép multiréteges nanohuzaloknál korántsem ilyen egyszerű: egymással versengő kölcsönhatások lépnek fel. - az egyes mágneses rétegek alakanizotrópiája; - dipól-dipól kölcsönhatás egyrészt a szomszédos rétegek között azonos huzalon belül, másrészt a szomszédos huzalok rétegeivel A hőmérséklet-függés vizsgálatának problémája: Különböző hőtágulási együtthatójú anyagok integrált rendszerben Erős magnetostrikciós hatások! Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

17 Fémleválasztás önszerveződő sablonokban: mágneses antidot rendszer Önszerveződő hatszöges struktúra képzése monodiszperz gömb alakú részecskékből (SiO 2, polimer) az elektród felületén. Majd: a nanorészecskék közötti hely feltöltése mágneses fémmel elektrolízis útján. Ami létrejön: Mágneses fémhab. A sablon később ebből kioldható. Forrás: A. A. Zhukov et al., Oscillatory thickness dependence of the coercive field in magnetic three-dimensional antidot arrays; Applied Physics Letters 88 (2006) Érdekes mágneses sajátságok: pl. a koercitív erő a térkitöltés oszcilláló függvénye Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

18 Fémleválasztás inverz sablonokban: mágneses nanogömbök Az eljárás hasonlóan kezdődik, mint az antidot struktúránál, csak itt az elsődleges sablonnal létrehozott szerkezetet egyszer invertálni kell. Utána jöhet a fémmel való kitöltés és a másodlagos sablon feloldása. Forrás: M. A. Ghanem et al., A double templated electrodeposition method for the fabrication of arrays of metal nanodots; Electrochemistry Communications 6 (2004) 447. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

19 Saját munkáink: Mágneses/nemmágneses multirétegek és a GMR A számunkra fontos rétegvastagság-tartomány: d < 10 nm Az óriás mágneses ellenállás jelensége (Giant Magnetoresistance, GMR) A mágneses ellenállás: MR = R(H) - R(H=0) R(H=0) A szomszédos mágneses rétegek mágnesezettségének iránya ANTIPARALLEL vagy VÉLETLEN ( H = 0 ) PARALLEL ( H > H S ) Nagy ellenállású állapot Kis ellenállású állapot Multiréteg leválasztás elektrokémiai úton: Impulzusos leválasztás. Nagy áram: mágneses réteg; kis áram: nemmágneses réteg Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

20 Saját munkáink: Mágneses/nemmágneses multirétegek és a GMR Eredményeink: vizsgálatok Co/Cu, Ni/Cu, Ni-Co/Cu, Co/Ag multirétegeken 1. Leválasztás reaktív közegben: spontán redoxifolyamatok A mágneses réteg leválasztását követően a minta érintkezik az elektrolittal, így a nemesebb fém kiválhat, míg a mágneses fém oldódik (cementálódás, cserereakció). A rétegvastagság-arányok így a kívánt értéktől eltérnek. A jelenség lefolyása mennyiségileg jellemezhető, ill. kiküszöbölhető. 2. A leválasztási paraméterek jellege és optimális értékük megválasztása Hagyományos módszer: G/G, P/P (áram vagy potenciál a kontrolált paraméter mindkét impulzusban). Az általunk bevezetett módszer: Vegyes kontroll, G/P A P impulzusban a nemesebb fém leválasztási körülményeinek optimális megválasztása: önálló saját módszer 3. A mágneses réteg komponenseinek szegregációja A mágneses réteg komponensei szegregálódhatnak, így a mágneses réteg több, mágneses és nemmágneses tartományból állhat. A szegregációt TEM vizsgálatok eredménye jelzi. A mágneses réteg fragmentálódása kihat a magnetotranszport sajátságokra is. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

21 Saját munkáink: Mágneses/nemmágneses multirétegek és a GMR 4. Szuperparamágnesség multirétegekben Kimutattuk az összefüggést a mágneses rétegben végbemenő szegregáció és a minták szuperparamágneses jellege között. Szakirodalmi források nyomán kidolgoztuk azt a módszert, amivel a magnetotranszport függvényekből a ferromágneses és szuperparamágneses járulékok szétválaszthatók. 5. Kölcsönható szuperparamágneses rendszerek leírásának adaptációja multirétegekre Az elektrokémiai úton leválasztott multirétegek közül számos minta szobahőmérsékleten SPM jellegű, és ez a sajátság alacsony hőmérsékleten sem változik. A blokkolási hőmérséklet hiánya jelzi, hogy az egyszerű leírás nem kielégítő. A látszólagos tartományméret ráadásul a hőmérséklet függvénye. Kölcsönható SPM tartományok modellje: a dipól-dipól kölcsönhatás átlagos energiájának figyelembe vételével a kapott mérések ellentmondásmentesen értelmezhetők. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

22 Egy új téma: Mélységprofil-analízis Felületi rétegek vizsgálatára alkalmas eljárások összefoglaló neve, célja a felület normálisa irányában vett komponens-eloszlás meghatározása. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

23 Porlasztáson alapuló mélységprofil-analitikai eljárások Közös vonás: A porlasztás ott kezdődik, ahol a rétegek leválasztása befejeződik. Mindig az utolsó réteg jelei jelentkeznek a porlasztási folyamat során először. A felületi érdesség problémája: A rétegleválasztások maguk is a felületi érdesség növekedésével járnak, és a porlasztás is növelheti a felületi érdességet. A két tényező kölcsönhatása nehezen küszöbölhető ki. A felület alakjának változása általában is rontja a felbontást, minél nagyobb a porlasztási mélység, annál inkább. A hordozóhoz közeli zónák megfelelő felbontással nehezen tanulmányozhatók. Problémafelvetés: Lehetne fordítva? Tudjuk az analízist a hordozó irányából kezdeni? Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

24 Egy saját fejlesztésű technika: Mintakészítés reverz analízishez 2. fürdő: Mechanikai stabilitást adó Ni réteg leválasztása 1. fürdő: Co-Cu / Cu multiréteg leválasztása Hordozó: Si / Cr (5nm) / Cu (20nm) A Si lapka ügyes eltörése után a mintát egyszerűen lehúzzuk a hordozóról. A minta így önhordó, köszönhetően a második Ni réteg kellő szakítószilárdságának. A szükséges Ni réteg vastagság kb. 2 m. A réteg lehúzása a hordozóról általában nem sikerül tökéletesen. Bár az eredeti Cr/Cu rétegből valamennyi ott marad a hordozón, mindig elég nagy területek állnak rendelkezésre a mélységprofil vizsgálatokhoz. A mélységprofil vizsgálatához így igen sima kezdőfelületet kapunk. Ha a vizsgálandó réteg tartalmaz nikkelt, az eljárás 3 lépéses: A 2. lépésben Zn réteget választunk le, majd a 3. lépésben Ni réteg következik. Ha a hordozó Si/Cr(5nm)/Ag(30nm), a rétegek más határfelületnél válnak szét: A krómréteg a Si lemezen marad! Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

25 A mérésekhez alkalmazott technika Szekunder semleges tömegspektrometria: Secondary Neutral Mass Spectrometry (SNMS) ATOMKI (Debrecen) Partner kutató: Vad Kálmán Rétegek feloldása: 1 nm körül Bombázó ion: Ar + Ion energia: 350 ev (összehasonlítás: 2-10 kev az ionforrás tipikus energiája AES és XPS berendezésekben; ionimplantáció során az energia a MeV tartományig terjed) Detektálási módszer: kvadrupól tömegspektrometria Forrás: K. Vad et al., Spectroscopy Europe 21 (2009) A móltört vs. mélység függvény számolása a beütéssz sszám vs. idő függvényből gyakorlatilag automatikus nincs márixhatás sem. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

26 Kétkomponensű ötvözetek elektrokémiai leválasztással: Ni-Co 1,0 0,8 Cr Cu Ni - négyszeres Co felhalmozódás a kiindulási zónában; - a mélységprofil függvény jellege a Co 2+ koncentrációtól függetlenül ugyanaz móltört 0,6 0,4 móltört 0,16 0,12 0,08 0,2 0,0 Co 0,04 0, porlasztási mélység / nm porlasztási mélység / nm Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

27 Kétkomponensű ötvözetek elektrokémiai leválasztással: Ni-Sn c(sn 2+ ) = 3 mm 1,0 0,8 Cr Cu Ni 0,03 - Kis Sn 2+ koncentráció: Sn dúsulás a hordozó közeli zónában; - A hordozó rétegei világosan azonosíthatók. 0,6 móltört 0,4 Sn móltörtje 0,02 0,01 0,2 0,0 Sn 0, porlasztási mélység / nm porlasztási mélység / nm Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

28 Kétkomponensű ötvözetek elektrokémiai leválasztással: Ni-Sn 1,0 c(sn 2+ ) = 10 mm 0,8 Ni Ni móltört 0,6 0,4 beütésszám / cps Cu Sn Sn 0,2 0,0 Cu porlasztási mélység / nm 10 Cr porlasztási mélység / nm - a Cu és Sn móltörtek szimultán változnak: interdiffúzió Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

29 Háromkomponensű ötvözetek elektrokémiai leválasztással: Ni-Fe-Co Minta: Si / Cr(5nm) / Cu(20nm) // Fe-Co-Ni(1250 nm) móltört 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 Fe Co Ni Cr Hagyományos porlasztási irány: Gyakorlatilag nem kapunk információt a hordozóhoz közeli zónáról. Az alaprétegek (Cu és Cr) látszólagos vastagsága igen nagy. 0,1 0,0 Cu Úgy néz ki, mintha a minta nagyjából homogén lenne. porlasztási mélység / nm Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

30 Háromkomponensű ötvözetek elektrokémiai leválasztással: Ni-Fe-Co Minta: Si / Cr(5nm) / Cu(20nm) // Fe-Co-Ni(1250 nm) móltört 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Cu Ni Fe Co Fordított porlasztási irány: Drasztikus koncentráció változások a hordozó közeli zónában. A hordozó rétegeinek (Cr, Cu) látszólagos vastagsága a névleges értékekkel egyezik. 0, porlasztási mélység / nm Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

31 Korrelációk a Ni-Fe-Co ötvözetek móltörtjei között 0,7 0,6 Ni 1,0 0,8 móltört 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Co Fe y(co) vagy y(ni) 0,6 0,4 0,2 d > 85 nm Ni leválasztás kezdete Co 0, porlasztási mélység / nm 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 y(fe) Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

32 Ötvözetek impulzusos leválasztása Minta: Si / Cr // Fe-Ni // Ni(Co) Áramsűrűség: -30 ma (d.c. leválasztás) vagy -30 ma (T ON = 100 ms), 0 ma (T OFF = 400 ms), d.c. deposit pulse plated deposit Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

33 Multirétegek mélységprofil-analízise: hagyományos módszer Minta: Si / Cr(5nm) / Cu(20nm) // [ Co(5.5nm) / Cu(4.4nm) ] X 7 beütésszám / cps Co Cu Cr Si (m/z=28) Beütésszám-ingadozás: Co 10% Cu 38% porlasztási idő / s Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

34 Multirétegek mélységprofil-analízise: reverz porlasztás Minta: Si / Cr(5nm) / Cu(20nm) // [ Co(5.5nm) / Cu(4.4nm) ] X 7 Cu Co beütésszám / cps Cr Si (m/z=28) Ni Beütésszám-ingadozás: Co 24% (10%) Cu 60% (38%) porlasztási idõ / s Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

35 Multirétegek mélységprofil-analízise: a felületi durvaság Minta: Si / Cr(5nm) / Cu(20 nm) // [ Co(7.0nm) / Cu(5.5nm) ] X 7 magasságeltérés valószínűsége 0,3 0,2 0,1 0,0 rétegpárok száma: d = 54 nm = 1.7 nm d = 95 nm = 2.8 nm d = 136 nm = 4.9 nm minta vastagság / nm móltört (Cu) 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 névleges; számított porlasztási mélység / nm y EXP x', x, ( x) ' ( x) y ( x') G dx NOM Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

36 Multirétegek mélységprofil-analízise: számolás vs. kísérlet Sample: Si / Cr(5nm) / Cu(20 nm) // [ Co(7.0nm) / Cu(5.5nm) ] X 7 móltört, Cu 2,00 1,98 1,96 1,94 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Számoláshoz használt függvény AFM mérések SNMS mérés számítás porlasztási mélység/ nm ,0-1,2-1,4-1,6-1,8-2,0 FWHM / nm Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

37 Az elektrokémiai fémleválasztással kapcsolatos kutatások Mi a szerepe az elektrokémiai fémleválasztásokkal kapcsolatos kutatásoknak egy szilárdtestfizikával foglalkozó kutatóhelyen? Határterület: A megvalósítani kívánt rendszerek olyan összetételű vagy olyan módon létrehozott anyagokat igényelnek, amiket elektrokémiai leválasztással lehet vagy célszerű kialakítani. Az anyagi sajátság iránti igényt a fizikus adja, az anyagi rendszer konkrét meghatározását sokszor szintén. A szintézishez viszont kémiai módszer kell. Fizikai kémia: a fizikusnak túl sok és túl bonyolult anyagi rendszerek, a vegyésznek túl sok kvantitatív összefüggés. Az ún. anyagtudomány szintén nem ezzel foglalkozik. A mi kutatóhelyünk előnye: Igen szoros és jó együttműködés a szilárdtestfizikus és az elektrokémikus között. Más kutatóhelyeken ez rendre hiányzik. Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

38 Az Elektrolitikus Nanoszerkezetek csoport kapcsolati hálója Belföldi kutatási együttműködések MFA hordozó előkészítés Laboratoire de Génie Electrique de Paris (LGEP) MTA-CNRS pályázat AMR kísérlet és számolás MTA ATOMKI Elektronspektroszkópiai Osztály mélységprofil-analízis Elektrolitikus Nanoszerkezetek csoport Oktatás ELTE oktatás: 2 kurzus, 1 labor EDNANO Workshop Konferenciák European Academy of Surface Technology (EAST) MINDE kurzus University of Hamburg DAAD-MÖB együttműködés mágneses nanohuzalok Külföldi kutatási együttműködések TU Bergakademie Freiberg szerkezetvizsgálat ED mintákon Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

39 A jövő... Az eddigi kutatások folytatásaként: Eddig nem vizsgált, preferenciális leválási folyamatok elemzése reverz mélységprofil analízis módszerével (pl. Zn-vascsoport ötvözetek); Más mélységprofil analitikai módszer alkalmazása, pl. GDOES (ellenőrzés); Fémleválasztás hidrodinamikai kontroll mellett: kezdeti zónák alakulása; Mágneses mérések: homogén vs. inhomogén minták kis rétegvastagsággal (d<200 nm) Az eddigi kutatási profil felfrissítéseként: Vizes közegből való leválasztással általában nem elérhető fémek és ötvözeteik: mágneses Mn ötvözetek, mágneses ritkaföldfém ötvözetek, nagy magnetostrikciójú ötvözetek (pl. Ga-Fe) stb. A leválasztás útja: nemvizes oldószerek Már nem víz, még nem ionos folyadék: az átugrott fejlődési fokozat Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj

40 Köszönetnyilvánítás Jelenlegi és egykori közvetlen kollégák a Fémkutatási Osztályon és az intézetben: Bakonyi Imre (magnetotranszport és mágnesség) Tóthné Kádár Enikő, Neuróhr Katalin (elektrokémiai labor) Dégi Júlia, Pogány Lajos, Pádár József (elektronmikroszkóp labor) Tóth József, Tóth Bence, Bartók András (transzport labor) Kiss László (mágneses mérések) Köszönöm az MTA SZFKI (ma WIGNER SZFI) egész közösségének a munkámhoz nyújtott támogatást. Jelenlegi külső együttműködő partnerek: Vad Kálmán, Csík Attila (MTA ATOMKI) Molnár György (MTA MFA) David Rafaja, Tortsten Schucknecht, Christian Schimpf (TU Bergakademie Freiberg) Kornelius Nielsch, Tim Böhnert, Josep Montero, Mohamed Salem (Univ. of Hamburg) KÖSZÖNÖM A FIGYELMET Péter László (Fémkutatási Osztály, Elektrolitikus Nanoszerekezetek csoport); SZFKI Publikációs Díj