Пожалуйста, используйте этот идентификатор, чтобы цитировать или ссылаться на этот документ:
https://elib.bsu.by/handle/123456789/294887
Заглавие документа: | Hopping transport in nanogranular composite films of FeCoZr alloy nanoparticles deposited into Al2O3 and PZT dielectric matrices |
Другое заглавие: | Прыжковый транспорт в наногранулированных композиционных пленках из наночастиц сплава FeCoZr, осажденных в диэлектрические матрицы Al2O3 и PZT / А. В. Ларькин, А. К. Федотов |
Авторы: | Larkin, A. V. Fedotov, A. K. |
Тема: | ЭБ БГУ::ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТОЧНЫЕ НАУКИ::Физика |
Дата публикации: | 2023 |
Издатель: | Минск : БГУ |
Библиографическое описание источника: | Журнал Белорусского государственного университета. Физика = Journal of the Belarusian State University. Physics. – 2023. – № 1. – С. 70-77 |
Аннотация: | The paper presents the study of hopping carrier transport parameters (characteristic times and energies) in nanogranular composite films (Fe 0.45 Cо 0.45 Zr 0.10 ) x (Al 2 O 3 ) 1 – x and (Fe 0.45 Cо 0.45 Zr 0.10 ) x (PZT) 1 – x with a concentration of metalcontaining nanoparticles inside of insulator matrix in the range 0.3 < х < 0.8. Films of 2–7 µm thick were obtained by ion-beam sputtering of composite targets in pure argon gas or in Ar – O 2 mixture, after which they were subjected to stepwise post-annealing in air in the temperature range of 398 – 873 K with the 25 K steps for 15 min. Deposition of the films in the argon – oxygen gas mixture or their post-annealing led to the formation of metal-containing nanoparticles with core – shell structure, where the covering shell contained own iron and cobalt oxides (FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , CoO). It was shown that the behaviour of concentration, frequency and temperature dependences of specific admittance σ w x T , , ( ) is controlled by two critical values of nanoparticles’ concentrations – touching threshold (х с1 ) and conducting cluster formation threshold (х с2 ) (in contrast to a single percolation threshold (х с ) in the theory for binary metal-dielectric composites). The х с1 is the concentration when some of nanoparticles inside the dielectric matrix begin to touch each other by shells to form continuous core – shell cluster with high current conductivity between electrodes in the composite sample. Since the conductivity of such a core-shell cluster is always less than the conductivity of only metallic nanoparticles, as in binary composites, we introduce another threshold concentration х с2 when the metallic cores of nanoparticles begin to touch each other. We observed that, when composite film approaches the х с1 threshold, the characteristic lifetime τ of electrons, extracted from σ w x T , , ( ) dependences, on nanoparticles covered with the semiconducting-like shells of native oxides (FeO or Fe 3 O 4 ) increases from 0.1 to 400.0 µs. For this case, we observed a positive phase shift θ between the applied voltage and current in the films, called the negative capacitance effect. At the same time, energy characteristics ∆ E 1 and ∆ E 2 extracting from σ T ( ) dependen the predominance of native oxide of iron with insulating properties (Fe 2 O 3 ) around the nanoparticles, there is no increase in τ and a decrease in ∆ E i . In this case the usual capacitive-like behaviour of nanocomposites with a negative phase shift θ between current and voltage is observed. |
Аннотация (на другом языке): | Представлены результаты изучения характеристик прыжкового переноса электронов в ногранулированных композиционных пленках (Fe 0,45 Cо 0,45 Zr 0,10 ) x (Al 2 O 3 ) 1 – x и (Fe 0,45 Cо 0,45 Zr 0,10 ) x (PZT) 1 – x с концентрацией металлосодержащих гранул в диапазоне 0,3 < х < 0,8. Пленки толщиной 2–7 мкм получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней в среде чистого аргона или в смеси Ar – O 2 , после чего они подвергались ступенчатому отжигу на воздухе в диапазоне температур 398 – 873 К с шагом 25 К в течение 15 мин. Осаждение композитов в смеси аргон – кислород либо отжиг на воздухе приводили к формированию наночастиц со структурой «ядро –оболочка», где оболочка состояла из собственных оксидов железа и кобальта (FeO, Fe 3 O 4 , Fe 2 O 3 , CoO). С точки зрения поведения адмиттанса в зависимости от концентрации, частоты и температуры σ w x T , , ( ) в таких нанокомпозитах обнаружены два критических значения концентрации металлических элементов (х) – порог касания (х с1 ) наночастиц оболочками и порог формирования сплошного проводящего кластера (х с2 ) из ядер наночастиц (в отличие от понятия «порог перколяции» (х с ) в теории бинарных металлодиэлектрических композитов). Значения х с1 показывают концентрацию металлических элементов, при которой наночастицы внутри диэлектрической матрицы начинают соприкасаться друг с другом оболочками и образуют сплошной кластер «ядро – оболочка» с высокой электрической проводимостью между электродами в композитном образце. Поскольку проводимость такого кластера всегда меньше, чем проводимость только металлических наночастиц (как в бинарных нанокомпозитах), то необходимо ввести другую пороговую концентрацию (х с2 ), при которой металлические ядра наночастиц начинают соприкасаться друг с другом. Определено, что по мере приближения к порогу касания x c1 характерное время жизни электронов τ на наночастицах с оболочками полупроводникового типа (FeO, Fe 3 O 4 ) увеличивается с 0,1 до 400,0 мкс. Это приводит к положительному фазовому сдвигу θ между приложенным напряжением и током в пленках, называемому эффектом отрицательной емкости. При этом энергетические характеристики ∆ E 1 и ∆ E 2 , определяемые из температурных зависимостей σ T ( ) , снижаются до значений, меньших энергии фонона kT, – от 300 до 1 мэВ. В случае преобладания вокруг наночастиц собственных оксидов железа диэлектрического типа (Fe 2 O 3 ) возрастания τ и снижения ∆ E i не происходит, что приводит к обычному емкостному поведению нанокомпозитов с отрицательным сдвигом фазы θ между током и напряжением. |
URI документа: | https://elib.bsu.by/handle/123456789/294887 |
ISSN: | 2520-2243 |
DOI документа: | 10.33581/2520-2243-2023-1-70-77 |
Лицензия: | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Располагается в коллекциях: | 2023, №1 |
Все документы в Электронной библиотеке защищены авторским правом, все права сохранены.