Epitaxial PtCo ultra-thin film study on single crystal as preliminary work

Abstract

PtCo alaşımlar, güçlü katalitik özellikleri, yüksek korozyon dirençleri ve manyetik özellikleri ile dikkat çekmektedir. Eşit sayıda atom içeren, L10 kristal yapısındaki Pt50Co50 fazı, sahip olduğu yüksek kristal anizotropisi ile manyetik kayıt uygulamaları için güçlü bir adaydır. PtCo alaşımların özelliklerini anlamak ve kontrol etmek için, örnek hazırlama sürecinin hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekmektedir.Daha önce yapılan çalışmalarda, çeşitli tekniklerle hazırlanan eşit atomlu PtCo örneklerin Co oranlarının beklenenden daha düşük olduğu bildirilmiştir. Bu sorun, kontrollü örnek büyütmeyi engellemektedir. Dahası, bu problemler örneklerde beklenmeyen özelliklerin gözlenmesine neden olabilmektedir. Bu çalışmada PtCo oranlarındaki değişimlere odaklanılmıştır. Çalışma dahilinde Pt(111) tek kristal ve SiOx wafer olmak üzere iki farklı alttaş kullanılmıştır. Bu alttaşlar üzerine, magnetron sıçratma tekniği kullanılarak saf Co ve Pt50Co50 ince filmleri büyütülmüştür. Örnek hazırlama sıcaklığının PtCo oranlarındaki değişimler üzerindeki etkisinin incelenmesi amacıyla her alttaş üzerine büyütülen her bir örnek için farklı sıcaklıklarda (RT, 300⁰C, 450⁰C, 500⁰C and 550⁰C) ilave örnekler hazırlanmıştır. Örneklerin elemental kompozisyon ve stokiyometrileri X-ışını Fotoemisyon Spektroskopisi (XPS) ve Auger Elektron Spektroskopisi (AES) ile incelenmiştir. Örnek yüzeylerinin elektronik yapıları ve Pt ile Co'ın farklı örnek hazırlama sıcaklıklarındaki elektronik etkileşimlerinin incelenmesinde ise UV Fotoemisyon Spektroskopisi (UPS) kullanılmıştır. Düşük enerjili elektron kırınımı (LEED) tekniği kullanılarak da epitaksiyel büyüme ve örnek yüzeylerinin kristal simetrileri incelenmiştir.Pt(111) alttaş üzerine hazırlanan örneklerin analiz sonuçları artan sıcaklık ile beraber kobalt atomlarının alttaşa difüze olduğunu göstermektedir. Ayrıca, 450°C ve üstü sıcaklıklarda hazırlanan saf Co ve PtCo örneklerin her ikisinin de, birbirleriyle aynı stokiyometriye, yüzey simetrisine ve benzer elektronik yapıya sahip oldukları gözlemlenmiştir. SiOx alttaş üzerine yapılan çalışmalar ise örnek hazırlama sıcaklığı artışı ile beraber Pt ile Si arasında bir bağ oluştuğuna, kobaltın da elektronik yapısının değiştiğine işaret etmektedir.

PtCo alloys are well known with their high catalytic properties, good corrosion resistance and magnetic properties. The equiatomic Pt50Co50 phase with L10 crystal structure is the best candidate for magnetic storage applications with its high magneto crystalline anisotropy. Achieving such anisotropy lies on well controlled stoichiometry and the structure of the crystal. In order to understand and control its properties, PtCo samples must be prepared with a well controlled manner.Previous studies reported for a lower Co ratio then expected for the equiatomic PtCo samples prepared with various techniques. This problem result not well controlled manner depositions. Furthermore, due to this problem un-expected physical properties maybe observed in prepared samples. This study focused on the variation of PtCo ratio. Two different type of substrate used in the study are Pt(111) single crystal and a SiOx (111) wafer. Pure Co and Pt50Co50 samples are prepared on these two different substrates by Magnetron Sputtering. In order to investigate the effect of sample preparation temperature on the variation of PtCo ratio, additional samples are prepared for each film and substrate at various temperatures (RT, 300⁰C, 450⁰C, 500⁰C and 550⁰C). Elemental composition and stoichiometry of the samples are analyzed by X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and Auger Photoelectron Spectroscopy (AES). Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS) is used to understand the electronic structure of surfaces and the electronic interaction of the Pt and Co under different preparation conditions. To investigate the epitaxial growth and determine the surface symmetry, low energy electron diffraction (LEED) has been used.Results of samples prepared on Pt(111) indicate for the Co diffusion through the platinum substrate by the increasing temperature. Furthermore, either the Co or PtCo films grown on P(111) above 450°C have the same stoichiometry, surface symmetry and similar electronic properties. Results of the samples prepared on SiOx indicate for a bonding formation between Pt and Si with the increasing temperature while there is a significant electronic structure change in Co.