Тонкие металлические пленки с дисперсионно-твердеющими магнитными слоями сплава Fe–Cr–Co

Магнетронным напылением на кремниевые монокристаллические подложки получены трехслойные пленки, содержащие слой дисперсионно-твердеющего сплава (СДТС) на основе системы Fe-Cr-Co. Установлено, что толщина слоя меди, который обеспечивает сохранность дисперсионно-твердеющего сплава СДТС на подложке после отжига, должна быть не менее толщины дисперсионно-твердеющего сплава СДТС. Построена зависимость радиуса изгиба образцов подложек со структурами от температуры изохронного отжига и определены критические температуры и радиусы изгиба, приводящие к разрушению пленок после такого отжига, для различных толщин дисперсионновердеющего сплава СДТС. Получена зависимость коэрцитивной силы (КС) пленок от температуры изохронного отжига, которая при определенных условиях отжига превышает уровень,необходимый для применения этих пленок в магниторезистивных датчиках тока. Сделан вывод о том, что рост коэрцитивной силы КС после отжига связан с образованием выступов в дисперсионно-твердеющем сплаве СДТС. ЛИТЕРАТУРА1. Masahiro Kitada, Yoshihisa Kamo, Hideo Tanabe. Magnetoresistive thinНfi lm sensor with permanentmagnet biasing fi lm // Journal of Applied Physics, 1985, v. 58(4), pp. 1667–1670. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3360582. Leo K. E. B. Serrona, Sugimura A., Fujisaki R., Okuda T., Adachi N., Ohsato H., Sakamoto I., NakanishiA. Magnetic and structural properties of NdFeB thin fi lm prepared by step annealing // Materials Scienceand Engineering B, 2003,v. 97(1), pp. 59–63. DOI: https://doi.org/10.1016/s0921-5107(02)00401-43. Хлопов Б. В., Самойлова В. С., Юрьев И. А. Изменение состояния тонкопленочных слоев маг-нитных материалов, применяемых в системах внешней памяти жестких магнитных дисков //T-Comm: Телекоммуникация и транспорт, 2015, т. 9(12), с. 5–11.4. Коноплёв Ю. В., Изгородин А. К. Структурообразование, свойства и применение горячедеформированных сплавов ЮНДК и ЮНДКТ. Режимдоступа: https://cyberleninka.ru/article/n/strukturoobrazovanie-svoystva-i-primenenie-gorya achedeformirovannyh-splavov-yundk-i-yundkt (датаобращения: 24.10.2019).5. Kaneko H., Homma M., Nakamura K. New ductile permanent magnet of Fe–Cr–Co system // AJP ConferenceProceedings. 1972, no. 5, рp. 1088–1092. DOI: https://doi.org/10.1063/1.29538146. ГОСТ 24897-81. Материалы магнитотвердые деформируемые. Solid magnetic deformed materials.Marks. М.: Издательство стандартов, 1981, 21 с.7. Овсянников Г. А., Петржик А. М., Борисенко И. В., Климов А. А., Игнатов Ю. А., Демидов В. В.,Никитов С. А. Магнитно-транспортные характеристики напряженных эпитаксиальных манганитных пленок La0.7Sr0.3MnO3 // ЖЭТФ, 2009, т. 135(1), с. 56-64.8. Сайт компании ООО «ГЕО-НДТ». Режим доступа: https://www.geo-ndt.ru/pribor-6855-rentgenoflyorescentnii-analizator-metekspert.htm (дата обращения: 20.10.2019)9. Кекало И. Б., Самарин Б. А. Физическое металловедение прецизионных сплавов. Сплавы с особымимагнитными свойствами. M.: Металлургия, 1989, 496 с.10. Справочник по цветным металлам. Режим доступа: https://libmetal.ru/index.htm (дата обращения: 24.10.2019)11. Всё о металлургии. Режим доступа: http://metal-archive.ru/vanadiy/955-mehanicheskiesvoystva-vanadiya.html (дата обращения : 24.10.2019)12. Громов Д. Г. Металлизация ультрабольших интегральных схем. Учебное пособие / Д. Г. Громов,А. И. Мочалов, А. Д Сулимин, В. И. Шевяков. М.: БИНОМ, 2012. 277 с.13. Прохоров И. А., Захаров Б. Г. Рентгенодифракционные исследования особенностей релакса-ции и распределения макронапряжений в эпитаксиальных структурах // Поверхность. Рентгеновские,синхротронные и нейтронные исследования, 1999, № 2, с. 106–109.14. Stouney G. S. The Tension of Metallic Films Deposited by Electrolysis // Proceedings of the RoyalSociety A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 1909, v. 82(553), pp. 172–175. DOI: https://doi.org/10.1098/rspa.1909.002115. Добрынин В. А. О применимости формулы Стоуни для расчета механических напряжений втолстых пленках и покрытиях // Письма в ЖТФ, 1997, т. 23, № 18, с. 32–36.16. Громов Д. Г. Размерный эффект плавления в пленочных структурах наноэлектроники // Нанотехнологии в электронике. Выпуск 2: Сб. науч. тр. М.: Техносфера, 2013, с. 136–177.17. Громов Д. Г., Гаврилов С. А., Редичев Е. Н., Аммосов Р. М. Кинетика процессов плавления-диспергирования тонких пленок меди // ФТТ, 2007, т. 49(1), с. 173-177.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДИФФУЗИИ И ФАЗООБРАЗОВАНИЯ В ТОНКОПЛЕНОЧНОЙ ДВУХСЛОЙНОЙ СИСТЕМЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ОКСИДОВ ТИТАНА И КОБАЛЬТА

Предложена модель, развивающая теорию Даркена взаимной диффузии в бинарной системе с неограниченной растворимостью, на случай реакционной взаимодиффузии в двухслойной системе, состоящей из поликристаллических фаз оксидов двух металлов и содержащей подвижные и неподвижные компоненты в каждой из фаз. В рамках модели проведён численный анализ экспериментальных концентрационных распределений титана и кобальта в тонкоплёночной системе TiO2-x–Co1-yO, полученных методом резерфордовского обратного рассеяния, при отжиге в вакууме. Анализ выявил доминирующую роль диффузии подвижного кобальта в фазу TiO2-x по сравнению с диффузией подвижного титана в фазу Co1-yO и область локализации образования фаз сложных окси-дов в окрестности межфазной границы TiO2-x–Co1-yO. REFERENCES Chebotin V. N. Fizicheskaya khimiya tverdogo tela [Physical chemistry of a solid body]. M.: Khimiya Publ., 1982, 320 p. (in Russ.) Tretyakov Yu. D. Tverdofaznye reaktsii [Solid phase reactions]. M.: Khimiya Publ., 1978, 360 p. (in Russ.) Afonin N. N., Logacheva V. A. Interdiffusion and phase formation in the Fe–TiO2 thin-fi lm system. Semiconductors, 2017, v. 51(10), pp. 1300–1305. https://doi.org/10.1134/S1063782617100025 Afonin N. N., Logacheva V. A. Cobalt modifi cation of thin rutile fi lms magnetron-sputtered in vacuum technical. Technical Physics, 2018, v. 63(4), pp. 605–611. https://doi.org/10.1134/S1063784218040023 Kofstad P. Nonstoichiometry, diffusion, and electrical conductivity in binary metal oxides. Wiley-Interscience, 1972, 382 p. Smigelskas A. D., Kirkendall E. O. Zinc Diffusion in alpha brass. Trans. AIME, 1947, v. 171, pp. 130–142. Chambers S. A., Thevuthasan S., Farrow R. F. C., Marks R. F., Thiele J. U., Folks L., Samant M. G., Kellock A. J., Ruzycki N., Ederer D. L., Diebold U. Epita xial growth and properties of ferromagnetic co-doped TiO2 anatase. Appl. Phys. Lett., 2001, v. 79, pp. 3467–3469. https://doi.org/10.1063/1.1420434 Matsumoto Y., Murakami M., Shono T., Hasegawa T., Fukumura T., Kawasaki M., Ahmet P., Chikyow T., Koshihara S., Koinumaet H. Room-temperature ferromagnetism in transparent transition metal-doped titanium dioxide. Science, 2001, v. 291, pp. 854–856. https://doi.org/10.1126/science.1056186 Darken L. S. Diffusion, mobility and their interrelation through free energy in binary metallic systems. Trans. AMIE, 1948, v. 175, pp. 184–190. Samarsky A. A. [Theory of difference schemes]. M.: Nauka Publ., 1977, 656 с. (in Russ.) Afonin N. N., Logacheva V. A., Gerasimenko Yu. A., Dolgopolova E. A., Khoviv A. M. Interaction of cobalt and titanium with thin fi lms of their oxides during vacuum annealing // [Condensed Matter and Interphase], 2013, v. 15 (3), p. 232-237. URL: https://journals.vsu.ru/kcmf/article/view/902/984 (in Russ.)

APPLICATION OF LUMINESCENCE AND ABSORPTION SPECTRA TO CONTROL THE FORMATION OF A HETEROJUNCTION IN NANOSTRUCTURED RUTILE FILMS SENSITIZED BY CDS QUANTUM DOTS

The effect of photon processing (FO) on the formation of a heterojunction in the TiO2/QD’sCdS interface obtained by applying separately synthesized CdS quantum dots to the TiO2 film in the rutile phase has been studied. The changes of luminescence spectra and absorption of the investigated samples after this treatment discovered. It is shown that the separation of charge carriers occurs only after irradiation of samples with a powerful light pulse of a xenon lamp. REFERENCES Kapilashrami M., Zhang Y. , Liu Y.-S., Hagfeldt A., Guo J. Probing the Optical Property and Electronic Structure of TiO2 Nanomaterials for Renewable Ener gy Applications. Chem. Rev., 2014, v. 114, pp. 9662–9707. https://doi.org/10.1021/cr5000893 Dang T. C., Pham D. L., Le H. C., Pham V. H. TiO2/CdS nanocomposite fi lms: fabrication, characterization, electronic and optical properties. Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol., 2010, v. 1, p. 015002. https://doi.org/10.1088/2043-6254/1/1/015002 Qian X., Qin D., Bai Y., Li T., Tang X., Wang E., Dong S., Photosensitization of TiO2 nanoparticulate thin fi lm electrodes by CdS nanoparticles. J. Solid State Electrochem., 2001, v. 5, pp. 562–567. https://doi.org/10.1007/s100080000179 Baker D. R., Kamat P. V. Photosensitization of TiO2 nanostructures with CdS quantum dots: Particulateversus tubular support architectures. Adv. Funct. Mater., 2009, v. 19, pp. 805–811. https://doi.org/10.1002/adfm.200801173 Cheng S., Fu W., Yang H., Zhang L., Ma J., Zhao H., Sun M., Yang L. Photoelectrochemical performance of multiple semiconductors (CdS/CdSe/ZnS) cosensitized TiO2 photoelectrodes. J. Phys. Chem. C, 2012, v. 116, pp. 2615–2621. https://doi.org/10.1021/jp209258r Khlyap H. Physics and technology of semiconductor thin fi lm-based active elements and devices. Bentham Science Publisher, 2012. https://doi.org/10.2174/97816080502151090101 Milnes A. G., Feucht D. L. Hetero junctions and metal-semiconductor junctions. Academic Press, 418 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-498050-1.X5001-6 Ievlev V. M., Latyshev A. N., Kovneristyi Y. K., Turaeva T. L., Vavilova V. V., Ovchinnikov O. V., Selivanov V. N., Serbin O. V. Mechanism of the photonic activation of solid-phase processes. High Energy Chem., 2005, v. 39, pp. 397–402. https://doi.org/10.1007/s10733-005-0078-2 Ievlev V. M., Kushchev S. B., Latyshev A. N., Ovchinnikov O. V., Leonova L. Y, Solntsev K. A., Soldatenko S. A., Smirnov M. S., Sinelnikov A. A., Vozgorkov A. M., Ivikova M. A. Relation of absorption band edge of rutile fi lms and their structure. Inorg. Mater. Appl. Res., 2014, v. 5, pp. 14–21. https://doi.org/10.1134/s2075113314010055 Korolev N. V., Smirnov M. S., Ovchinnikov O. V, Shatskikh T.S. Energy structure and absorption spectra of colloidal CdS nanocrystals in gelatin matrix. Phys. E Low-Dimensional Syst. Nanostructures, 2015, v. 68, pp. 159–163. https://doi.org/10.1016/j.physe.2014.10.042. Ghazzal M. N., Wojcieszak R., Raj G., Gaigneaux E.M. Study of mesoporous cds-quantumdot-sensitized TiO2 fi lms by using x-ray photoelectron spectroscopy and afm. Beilstein J. Nanotechnol, 2014, v. 5, pp. 68–76. https://doi.org/10.3762/bjnano.5.6 Ahire R. R., Sagade A. A., Deshpande N. G., Chavhan S. D., Sharma R., Singh F. Engineering of nanocrystalline cadmium sulfi de thin fi lms by using swift heavy ions. J. Phys. D. Appl. Phys., 2007, v. 40, pp. 4850–4854. https://doi.org/10.1088/0022-3727/40/16/014 Ekimov A., Onushchenko A.A. Size quantization of the electron energy spectrum in a microscopic semiconductor crystal. JETP Lett., 1984, v. 40, pp. 1136–1139. Rolo A. G., Stepikhova M. V., Filonovich S. A., Ricolleau C., Vasilevskiy M. I., Gomes M. J. M. Microstructure and photoluminescence of CdS-doped silica fi lms grown by RF magnetron sputtering. Phys. Status Solidi Basic Res., 2002, v. 232, pp. 44–49. https://doi.org/10.1002/1521-3951(200207)232:1<44::AIDPSSB44> 3.0.CO;2-4 Smyntyna V., Skobeeva V., Malushin N. The nature of emission centers in CdS nanocrystals, Radiat. Meas., 2007, v. 42, pp. 693–696. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2007.01.068 Ehemba A. K., Socé M. M., Domingo J. J., Cisse S., Dieng M. Optimization of the properties of the back surface fi eld of a Cu (In, Ga) Se2 thin fi lm solar cell. American Journal of Energy Research, 2017, v. 5(2), pp. 57–62. https://doi.org/10.12691/ajer-5-2-5

Summary of heat transfer processes and their comparative evaluation for capillary porous coatings in power plants

The crisis of heat exchange at boiling of water in porous structures used for cooling of heat-stressed surfaces of various aggregates is investigated. The study refers to thermal power installations of power plants. The experiments were carried out on a stand with heat supply from an electric heater. Cooling of heat-exchange surfaces was performed by water supply to porous structures with diff erent cell sizes. It is shown that in porous cooling systems of elements of heat and power plants processes of fl uid boiling take place, and at high heat fl ows it is possible to approach a crisis situation with overheating of the heat-exchange surface. The heat exchange processes are described, the infl uence of thermophysical properties of heat exchange surface is shown, and optimal sizes of porous structure cells are determined. A calculated equation is obtained for determining the critical heat fl ux at high pressures. The calculation of the critical load with respect to the examined porous structures was carried out with taking into account the underheating and fl ow rate, from which it follows that the underheating of the liquid enables to expand slightly the heat transfer capabilities in a porous cooling system. The experimental data of the investigated capillary porous cooling system operating under the joint action of capillary and mass forces are generalized, and its characteristics q=f(ΔT) are compared with boiling in large volume, heat pipes and thin-fi lm evaporators. The limits of diff erent capillary-porous coatings are given. High heat transfer boosting is provided by combined action of capillary and mass forces and has advantages in comparison with boiling in large volume, thin-fi lm evaporators and heat pipes. It is shown that the results of theoretical calculations conform well with experimental data.