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Nanofokus-Röntgenstreuung an komplex magnetoelektrischen Mikrokompositen

Hrkac, Stjepan - Christian-Albrechts-Universität Kiel (2016)


Komplex magnetoelektrische Mikrokomposite aus kristallinen Mikronadeln aus dem piezoelektrischen Metalloxid Zinkoxid mit einer amorphen magnetostriktiven (Fe90Co10)78Si12B10 Beschichtung werden über Röntgenstreumethoden charakterisiert.

Das Ziel der Studien ist die Bestimmung der mechanischen Wechselwirkung zwischen piezoelektrischer und magnetostriktiver Komponente an der geteilten Grenzfläche. Der Beschichtungsprozess führt zu einer intrinsischen Deformation im ZnO in der Größenordnung 10-4. Die Kristallstruktur an der Grenzfläche wird über nanofokussierte Synchrotronstrahlung lokal in der Größenordnung des Strahls mit bis zu 200 nm abgerastert. So werden Deformationsprofile der ZnO Kristallstruktur erzeugt. Die Kopplung der magnetostriktiven Schicht mit der piezoelektrischen Phase kann in situ über Anlegung externer Magnetfelder untersucht werden, indem die im ZnO Kristall induzierten magnetischen Deformationen gemessen werden. Die magnetfeldinduzierte Deformation liegt im 10-5 Bereich. Der Betrag der intrinsischen und magnetfeldinduzierten Deformation steigt exponentiell mit sinkendem Nadeldurchmesser.

Abbildungsmethoden basierend auf kohärenter Röntgenstreuung erlauben die Rekonstruktion des Kristalls und dessen Kristallstrukturdeformationen in nm-Auflösung. Die Analyse der amorphen Schicht erfolgt über die Methoden der Klein- und Weitwinkelröntgenstreuung in Kombination mit den Abbildungsmethoden der Rasterelektronenmikroskopie und der magnetooptischen Kerr-Effekt Mikroskopie. Letztere dient zur Bestimmung der magnetischen Anisotropierichtung und der Magnetisierung. Die Röntgenstreumethoden beschreiben die Struktur der amorphen Schicht. Das Eisen der Beschichtung erzeugt eine charakteristische Pulverstreuung mit Kristallitgrößen um 6 nm. Die Kleinwinkelstreuung weist auf eine zusätzliche Oxidschicht hin. Das Eisen aus der Legierung scheint mit Schichtdicken zwischen 1 und 15 nm an der geteilten Grenzfläche zu oxidieren.


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