Особенности морфологии и магнитных свойств массивов магнитных нанопроволок Ni в тонкопленочных матрицах оксида алюминия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследованы особенности морфологии и магнитных свойств массивов нанопроволок Ni. В качестве шаблона для электролитического осаждения нанопроволок использованы матрицы оксида алюминия. Матрицы были получены анодированием пленок алюминия толщиной 2 мкм, сформированных на стеклянных подложках методом высокочастотного ионного напыления. Осаждение металла проведено в режимах постоянного и переменного тока. Исследование морфологии и микроструктуры полученных образцов показало, что массивы нанопроволок являются поликристаллическими и имеют разветвленную дендритную структуру, обусловленную морфологическими особенностями матриц оксида алюминия. Установлена связь между режимами электроосаждения и закономерностями перемагничивания массивов нанопроволок Ni. Проведено моделирование процесса перемагничивания массива таких структур.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. Е. Дрягина

Уральский федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург

А. Н. Горьковенко

Уральский федеральный университет

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург

Н. А. Кулеш

Уральский федеральный университет

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург

Е. В. Кудюков

Уральский федеральный университет

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург

А. В. Виблая

Уральский федеральный университет

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург

А. А. Юшков

Уральский федеральный университет

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург

А. А. Верясова

Уральский федеральный университет

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург

В. И. Пастухов

Уральский федеральный университет; АО "Институт реакторных материалов"

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург; Заречный

А. С. Калашникова

Уральский федеральный университет

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург

В. О. Васьковский

Уральский федеральный университет; Институт физики металлов УрО РАН

Email: Anastasia.Driagina@urfu.me
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург

Список литературы

  1. Sniadecki N.J., Lamb C.M., Liu Y., Chen C.S. and Reich D.H. Magnetic microposts for mechanical stimulation of biological cells: fabrication, characterization, and analysis // Rev. Sci. Instrum. 2008. V. 79. № 4.
  2. Mourachkine A., Yazyev O.V., Ducati C. and Ansermet J.P. Template nanowires for spintronics applications: nanomagnet microwave resonators functioning in zero applied magnetic field // Nano Lett. 2008. V. 8. № 11. P. 3683–3687.
  3. Nasirpouri F. Electrodeposition of nanostructured materials. Springer International Publishing, 2017. V. 62. P. XII 325.
  4. Moreno J.A., Bran C., Vazquez M. and Kosel J. Cylindrical magnetic nanowires applications // IEEE Trans. Magn. 2021. V. 57. № 4. P. 1–17.
  5. Fernández-Roldán J.A. Micromagnetism of cylindrical nanowires with compositional and geometric modulations. dis. – Universidad Autónoma de Madrid, 2019.
  6. Wang L., Li Y., Zhang Y., Gu H., Chen W. Rare earth compound nanowires: Synthesis, properties and applications // Rev. in Nanoscience and Nanotechnology. 2014. V. 3. № 1. P. 1–19.
  7. Muscas G., Jönsson P.E., Serrano I.G., Vallin Ö., and Kamalakar M.V. Ultralow magnetostrictive flexible ferromagnetic nanowires // Nanoscale. 2021. V. 13. P. 6043.
  8. Pateras A., Harder R., Manna S., Kiefer B., Sandberg R.L., Trugman S., Kim J.W. De La Venta J., Fullerton E.E., Shpyrko O.G., Fohtung E. Room temperature giant magnetostriction in single-crystal nickel nanowires // NPG Asia Mater. 2019. V. 11. № 1. P. 59.
  9. Alam J., Bran C., Chiriac H., Lupu N., Óvári T.A., Panina L.V., Rodionova V., Varga R., Vázquez M., Zhukov A. Cylindrical micro and nanowires: Fabrication, properties and applications // J. Magn. Magn. Mater. 2020. V. 513. P. 167074.
  10. Hu S., Zeng S., Li X., Jiang J., Yang W., Chen Y., Li M., Zheng J. Flexible and high performance of n-type thermoelectric PVDF composite film induced by nickel nanowires // Mater. Des. 2020. V. 188. P. 108496.
  11. Pham D.C., Biziere N., Melilli G., Pajon R., Lacour D., Bouvot L., Tabellout M., Lairez D., Drouhin H., Clochard M., Wegrowe J.E. Strain-induced inverse magnetostriction measured on a single contacted Ni nanowire in a polymer matrix // Mater. Res. Express. 2014. V. 1. № 4. P. 045017.
  12. Kac M., Zarzycki A., Kac S., Kopec M., Perzanowski M., Dutkiewicz E.M., Suchanek K., Maximenko A., Marszalek M. Effect of the template-assisted electrodeposition parameters on the structure and magnetic properties of Co nanowire arrays // Mater. Sci. Eng. B. 2016. V. 211. P. 75–84.
  13. Vilanova Vidal E., Ivanov Y.P., Mohammed H. and Kosel J. A detailed study of magnetization reversal in individual Ni nanowires // Appl. Phys. Lett. 2015. V. 106. №. 3.
  14. Santos A., Vojkuvka L., Pallarés J., Ferré-Borrull J. and Marsal L.F. Cobalt and nickel nanopillars on aluminium substrates by direct current electrodeposition process // Nanoscale Res. Lett. 2009. V. 4. P. 1021–1028.
  15. Komogortsev S.V., Chekanova L.A., Denisova E.A., Bukaemskiy A.A., Iskhakov R.S. and Mel’nikova S.V. Macro-and nanoscale magnetic anisotropy of FeNi (P) micropillars in polycarbonate membrane // J. Supercond. Nov. Magn. 2019. V. 32. P. 911–916.
  16. Yang Y., Zeng H., Wang D., Wu Y., Chen J., Huang Y., Wang P., Feng W. Fractal Growth of Quasi Two-Dimensional Copper Dendrites by Template-free Electrodeposition // Langmuir. 2023. V. 39. № 8. P. 3045–3051.
  17. Bran C., Fernandez-Roldan J.A., Del Real R.P., Asenjo A., Chubykalo-Fesenko O., and Vazquez M. Magnetic configurations in modulated cylindrical nanowires // Nanomaterials. 2021. V. 11. № 3. P. 600.
  18. Zagorskiy D.L., Doludenko I.M., Kanevsky V.M., Gilimyanova A.R., Menushenkov V.P., and Savchenko E.S. The Obtaining, Microscopy, and Properties of FeCo and FeNi Alloy Nanowires // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. 2021. V. 85. P. 848–853.
  19. Revathy R., Varma M.R., and Surendran K.P. Effect of morphology and ageing on the magnetic properties of nickel nanowires // Mater. Res. Bull. 2019. V. 120. С. 110576.
  20. Meng G., Jung Y.J., Cao A., Vajtai R., Ajayan P.M. Controlled fabrication of hierarchically branched nanopores, nanotubes, and nanowires // PNAS 2005. V. 102. № 20. P. 7074–7078.
  21. Zhang F., Jiang Y., Liu X., Meng J., Zhang P., Liu H., Wang S. Hierarchical nanowire arrays as three-dimensional fractal nanobiointerfaces for highly efficient capture of cancer cells // Nano Lett. 2016. V. 16. № 1. P. 766–772.
  22. You L. Superconducting nanowire single-photon detectors for quantum information // Nanophotonics. 2020. V. 9. № 9. P. 2673–2692.
  23. Chen X., Chen B., Jiang B., Gao T., Shang G., Han S.T., Kuo C.-C., Roy V.A.L., Zhou Y. Nanowires for UV–vis–IR optoelectronic synaptic devices // Adv. Funct. Mater. 2023. V. 33. № 1. P. 2208807.
  24. Zhu R., Lilak S., Loeffler A., Lizier J., Stieg A., Gimzewski J., Kuncic Z. Online dynamical learning and sequence memory with neuromorphic nanowire networks //Nat. Commun. 2023. V. 14. № 1. P. 6697.
  25. Lee W., Park S.J. Porous anodic aluminum oxide: anodization and templated synthesis of functional nanostructures //Chemical Rev. 2014. V. 114. № 15. P. 7487–7556.
  26. Piraux L. Magnetic nanowires //Applied Sciences. 2020. V. 10. № 5. P. 1832.
  27. Huang X., Tan L., Cho H. and Stadler B.J. Magnetoresistance and spin transfer torque in electrodeposited Co/Cu multilayered nanowire arrays with small diameters // J. Appl. Phys. 2009. V. 105. № 7.
  28. Gao T., Meng G., Zhang J., Sun S., Zhang L. Template synthesis of Y-junction metal nanowires // Appl. Phys. A. 2002. V. 74. P. 403–406.
  29. Guo Q., Qin L., Zhao J., Hao Y., Yan Z., Mu F., Chen P. Structural analysis and angle-dependent magnetic properties of Y-branched Ni nanowires // Physica E Low Dimens. Syst. Nanostruct. 2012. V. 44. № 10. P. 1988–1991.
  30. Воробьева А.И., Уткина Е.А., Комар О.М. Однородное осаждение никеля в поры упорядоченного тонкого оксида алюминия // Микроэлектроника. 2013. V. 43. № 2. P. 105–115.
  31. Santos A., Vojkuvka L., Pallarés J., Ferré-Borrull J., Marsal L.F. Cobalt and nickel nanopillars on aluminium substrates by direct current electrodeposition process // Nanoscale Res. Lett. 2009. V. 4. № 9. P. 1021–1028.
  32. Beg M., Lang M., Fangohr H. Ubermag: toward more effective micromagnetic workflows // IEEE Trans. Magn. 2021. V. 58. № 2. P. 1–5.
  33. Sun L., Hao Y., Chien C.L., Searson P.C. Tuning the properties of magnetic nanowires // IBM J. Res. Dev. 2005. V. 49. № 1. P. 79–102.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Рисунок барьерного слоя одного канала в матрице анодированного алюминия

Скачать (140KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображение, полученное методом сканирующей электронной микроскопии, сколов образца с массивом нанопроволок Ni, осажденных в режиме постоянного (а) и переменного (б) тока

Скачать (122KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображение, полученное методом просвечивающей электронной микроскопии, нанопроволок Ni, осажденных в режиме постоянного (а) и переменного (б) тока. На вставках приведены соответствующие дифрактограммы

Скачать (465KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Петли гистерезиса, полученные для образцов с массивами нанопроволок Ni, осажденными в режиме постоянного (а) и переменного (б) тока, измеренные параллельно (красная) и перпендикулярно (черная) оси массива нанопроволок

Скачать (226KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схематическое изображение структуры, задаваемой при моделировании с указанием размеров ветвей

Скачать (95KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Петли гистерезиса, полученные для образца Ni с дендритной структурой (черная и красная линии, для расчетов при приложении поля параллельно и перпендикулярно оси структуры соответственно) и нанопроволоки (зеленая и синяя линии, для расчетов при приложении поля параллельно и перпендикулярно оси нанопроволоки соответственно)

Скачать (107KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Петли гистерезиса, полученные для образца Ni с дендритной структурой (черная и красная линии, для расчетов при приложении поля параллельно и перпендикулярно оси структуры соответственно) и такой же ветвистой структуры с подслоем магнитного материала Ni 5 нм (зеленая и синяя линии, для расчетов при приложении поля параллельно и перпендикулярно оси нанопроволоки соответственно)

Скачать (108KB)
Метаданные


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».