Nanofokus-Röntgenstreuung an komplex magnetoelektrischen Mikrokompositen

Hrkac, Stjepan

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 1E-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 1E-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.

Complex magnetoelectric microcomposites consisting of quasi one-dimensional crystalline ZnO microrods coupled with a thin film layer of amorphous magnetostrictive (Fe90Co10)78Si12B10 are extensively studied via different X-ray techniques. The aim is to understand the mechanical interaction between the piezoelectric and magnetostrictive components at the shared interface. The coating process leads to an intrinsic strain in the order of 1E-4 within the ZnO crystal structure. The crystal structure at the interface is scanned using nano focused synchrotron radiation to spatially resolve the crystal in the order of the beam size up to 200 nm. This results in deformation profiles across the microrods. Due to coupling of the magnetostrictive layer with the piezoelectric phase the magnetically induced strain within the ZnO can be detected in situ inside an externally applied magnetic field. The magnetic field induces a strain in the order of 1E-5. The absolute value of local intrinsic and magnetic field induced interface strain increases exponentially as a function of a decreasing rod diameter. Coherent X-Ray diffraction imaging enables virtual reconstruction of the illuminated crystal and its crystal structure deformations within nanometer resolution. The amorphous thin film is studied via small angle and wide angle X-ray scattering in combination with the imaging methods of scanning electron microscopy and magneto optical Kerr-effect microscopy. The later allows the determination of the magnetic anisotropy of the metallic layer and its magnetization. The structure of the amorphous layer is described using X-ray scattering methods. The layer generates a characteristic powder diffraction pattern which is identified as elemental Fe crystallites with grain sizes of 6 nm. The small angle scattering reveals an additional layer at the interface. The iron in the layer seems to oxidate at the shared interface and creates a thin layer between 1 to 15 nm.

Quote

Citation style:

Hrkac, Stjepan: Nanofokus-Röntgenstreuung an komplex magnetoelektrischen Mikrokompositen.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export