Struktur, Wachstum und Phasenumwandlungen dünner Eisen-Palladium Schichten

Abstract

Eisen-Palladium ist ein modernes Funktionsmaterial, das eine große Bandbreite an interessanten physikalischen Effekten zeigt, die in vielfältigen technischen Anwendungen genutzt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Einfluss verschiedener Depositionsverfahren, Substrate und Nachbehandlungen (z.B. Ionenbestrahlung und Temperaturbehandlungen) auf die Struktur und die intrinsischen Eigenschaften dünner Eisen-Palladium-Filme mit Zusammensetzungen um Fe70Pd30 untersucht. Insbesondere ist hierbei der Einfluss der Wachstumsbedingungen und der auftretenden mechanischen Verspannungen (die sowohl während des Wachstums der Filme in-situ gemessen als auch in Molekulardynamiksimulationen untersucht wurden) von Interesse, um so die mikroskopischen Ursachen für die Eigenschaften der Filme zu verstehen und diese gezielt zu beeinflussen.In polykristallinen Filmen wird ein Martensitübergang beobachtet, der je nach Zusammensetzung bei Temperaturen von bis zu 60°C abläuft und mit charakteristischen Änderungen der Magnetisierung und des elektrischen Widerstands einhergeht.In Gegensatz zu anderen Depositionsverfahren wie der gepulsten Laserdeposition, lassen sich mittels Elektronenstrahlverdampfen auf MgO(100)-Substraten bei hohen Temperaturen dicke, spannungsfreie, epitaktische Filme in der fcc-Struktur herstellen. Um in diesen Schichten den Einfluss des Substrats auf die Mikrostruktur und die Phasenstabilität zu untersuchen, wurden zwei Verfahren entwickelt um die Filme nach der Herstellung ohne Opferschicht direkt von den MgO-Substraten abzulösen. In solchen freistehenden, sehr dünnen einkristallinen Folien kann ein reversibler Übergang zwischen der fcc-, fct-, und der bcc-Struktur beobachtet werden, der in Massivproben nur irreversibel abläuft, und der in nicht abgelösten Schichten durch das Substrat vollständig unterdrückt wird. Da solch ein freistehender einkristalliner Film an seinen Oberflächen sehr leicht Verspannungen abbauen kann, kann sich hier die Gitterstruktur den ganzen Bain-Pfad entlang umwandeln. In freistehenden einkristallinen austenitischen Filmen findet man darüber hinaus einen sehr geringen Elastizitätsmodul von etwa 14 GPa, der zeigt, dass sich die Instabilität des austenitischen Gitters schon deutlich vor dem Martensitübergang abzeichnet, und auch dann vorhanden ist, wenn wegen einer von vielen Defekten geprägten Mikrostruktur keine Martensitbildung beim Kühlen beobachtet wird.