Имплантация ионов железа в рутил (TiO2) при высокой температуре

Abstract

Однозарядные ионы железа с энергией 40 кэВ были имплантированы в (001)-ориентированные монокристаллические пластинки TiO2 с дозой 1.5×10 17 ион/см2 при повышенной (900 K) температуре облучаемой подложки. Полученные нанокомпозитные слои на основе TiO2 с имплантированной примесью железа были исследованы методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), резерфордовского обратного рассеяния (РОР), рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС), а также индукционной магнитометрии. Согласно данным РОР и РФЭС, имплантированная примесь железа располагается в решетке рутила в междоузельных позициях в различном валентном состоянии и имеет двугорбую функцию глубинного распределения с протяженным “хвостом” концентрации вплоть до глубины 500 нм. Магнитные измерения показывают, что имплантированные железом образцы проявляют суперпарамагнитное поведение при комнатной температуре. Полученные результаты обсуждаются с учетом формирования композитных наночастиц на основе железа: металлическое ядро/оксидная оболочка и быстрой диффузии примеси железа вдоль структурных каналов во время ионного облучения.