Магнитные свойства и структурно-фазовое состояние имплантированных железом оксидов ZnO, MgO и LiNbO3 тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Зиннатуллин Алмаз Линарович

• Зиннатуллин Алмаз Линарович
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Зиннатуллин Алмаз Линарович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4 ГЛАВА 1. ЛЕГИРОВАНИЕ ОКСИДОВ ИОНАМИ ПЕРЕХОДНЫХ

МЕТАЛЛОВ

1.1. Легирование оксида цинка ионами 3 ^-металлов

1.2. Легирование оксида магния ионами 3^-металлов

1.3. Легирование ниобата лития ионами 3^-металлов 27 ГЛАВА 2. СИНТЕЗ И МОДИФИКАЦИЯ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Синтез тонких пленок 7пО посредством магнетронного распыления

2.2. Легирование образцов с помощью ионной имплантации

2.3. Расчет распределения имплантированных ионов по глубине

2.4. Рентгеноструктурные исследования

2.5. Исследование магнитных свойств

2.6. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

2.7. Сканирующая электронная микроскопия

2.8. Мёссбауэровская спектроскопия 39 ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОНКИХ ПЛЁНОК ОКСИДА ЦИНКА, ИМПЛАНТИРОВАННЫХ ИОНАМИ ЖЕЛЕЗА

3.1. Результаты исследований тонкой плёнки 7пО, имплантированной ионами железа с дозой 1.25-1017 ионов/см2

3.2. Результаты исследований тонкой плёнки 7пО, имплантированной ионами железа с дозой 1.5-1017 ионов/см2 56 Выводы по Главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОРИЕНТИРОВАННОЙ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКИ ОКСИДА МАГНИЯ,

ИМПЛАНТИРОВАННОЙ ИОНАМИ ЖЕЛЕЗА

Выводы по Главе

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ОРИЕНТИРОВАННОЙ МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ ПОДЛОЖКИ НИОБАТА ЛИТИЯ,

ИМПЛАНТИРОВАННОЙ ИОНАМИ ЖЕЛЕЗА

Выводы по Главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 105 СПИСОК АВТОРСКИХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Магнитные свойства и структурно-фазовое состояние имплантированных железом оксидов ZnO, MgO и LiNbO3»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Настоящая работа посвящена исследованию магнитных свойств, структуры и фазового состава приповерхностных областей монокристаллических оксидов ZnO, MgO и LiNbOз, имплантированных ионами железа. Актуальность темы исследования обусловлена следующими причинами.

Спинтроника - спиновая электроника - является одним из быстро развивающихся направлений науки на сегодняшний день. Носителем информации в спинтронных устройствах является не заряд, как в случае классической электроники, а другая квантовая степень свободы электрона -спин [1, 2]. Благодаря этому такие устройства обладают большим быстродействием при меньших энергозатратах, что делает их разработку весьма важной и актуальной задачей [3]. Стоит отметить, что некоторые устройства спинтроники уже активно используются в повседневной жизни, например, устройства, в основе которых лежит эффект гигантского магнетосопротивления [4].

Возможность управления спинами носителей накладывает

определенные условия на материалы, используемые в устройствах

спинтроники, а именно, эти материалы должны быть в магнитоупорядоченном

состоянии. В то же время, для создания и дальнейшего развития спинтронных

устройств, например, таких, как спиновый полевой транзистор, необходимы

материалы, проявляющие еще и полупроводниковые свойства [5]. Известен

класс соединений, называемый магнитными полупроводниками, который

соответствует этим требованиям. Однако температуры магнитного

упорядочения в этих соединениях оказываются достаточно низкими, что

создает трудности для разработки и широкого использования устройств на их

основе. Например, для халькогенидов европия характерны следующие

температуры магнитного упорядочения: у оксида EuO ~ 69 ^ сульфида EuS

~ 16.5 ^ селенида EuSe ~ 4.6 ^ теллурида EuTe ~ 9.5 K [6]. Вдобавок, часть

4

из них является антиферромагнетиками, затрудняя эффективность управления спинами ввиду отсутствия спонтанной намагниченности.

В связи с вышесказанным, в последние несколько десятилетий ведутся активные исследования легированных магнитными ионами полупроводников [7]. Интерес к этим материалам был вызван открытием ферромагнетизма в разбавленных магнитных полупроводниках (РМП) (1п,Мп)Лв и (Оа,Мп)ЛБ с ТК > 100 К [8, 9] и теоретическим объяснением на основе модели Зинера природы и механизма их магнетизма [10]. Более того, в РМП на основе широкозонных полупроводников были предсказаны ферромагнитные свойства при комнатной температуре. Действительно, экспериментально ферромагнетизм был обнаружен и в других полупроводниках, в том числе, в оксидах [7], легированных магнитными ионами, например, в 7пО [11].

В легированных магнитными ионами полупроводниках обнаруживаются различные источники наблюдаемых ферромагнитных свойств, например:

1. Магнитные примеси в катионных узлах легируемого полупроводника. При этом предлагаются различные механизмы магнитного упорядочения этих примесей: робменная модель Зинера через носители заряда (дырки), двойной обмен, механизм суперобмена, модель связанных магнитных поляронов [12];

2. Точечные или протяженные дефекты (модель магнетизма). Предполагается, что высокая концентрация дефектов может привести к формированию ферромагнитных свойств [13]. Такой источник ферромагнетизма может быть особенно актуальным в случае ионного облучения материалов, так как при этом создается очень высокая концентрация радиационных дефектов;

3. Вторичные магнитные фазы на основе введенных магнитных ионов

[14]. Создание материалов, в которых ферромагнитные включения возникают

в матрице-хозяине, свидетельствует о переходе от разбавленных к

нанокомпозитным системам. Преимуществом нанокомпозитов, обладающих

5

ферромагнитными свойствами, является возможное наличие магнитной фазы с высокой температурой Кюри и большой величиной намагниченности. В таком случае эти материалы становятся перспективными для новых устройств наноэлектроники, основанных на принципах управления вторичными магнитными фазами [12].

Проявление ферромагнетизма и выявление того или иного источника этих свойств оказываются зависящими не только от пары «магнитный ион -матрица», но и от способа внедрения этих ионов. При этом в технологических циклах для легирования полупроводников активно используется метод ионной имплантации, состоящий в облучении поверхности мишени ускоренными, как правило, немагнитными ионами. Однако до сих пор открытым остается вопрос о природе наблюдаемых ферромагнитных свойств в имплантированных магнитными ионами полупроводниках и диэлектриках, особенно в условиях, когда концентрация внедряемых ионов оказывается выше предела их растворимости в матрице.

Таким образом, актуальность диссертационной работы обусловлена возрастающим интересом научного сообщества к пониманию физических закономерностей формирования новых функциональных свойств материалов и возможностью создания на их основе электронных компонент на новых физических принципах. Наиболее перспективными в этом отношении являются спинтронные устройства, позволяющие управлять спиновой поляризацией носителей заряда. Для создания таких устройств необходимы полупроводники, проявляющие также и ферромагнитные свойства. Изучению подобных материалов и направлена диссертационная работа.

Исходя из вышесказанного, целью данной работы является изучение возникновения объемных ферромагнитных свойств в имплантированных железом оксидах в условиях высокодозной имплантации, когда концентрация примеси превышает предел ее растворимости в матрице.

Для достижения данной цели решались следующие задачи:

1. Синтез тонких пленок оксида цинка 7пО на монокристаллических кремниевых подложках;

2. Имплантация высокими дозами ионов железа синтезированных тонких пленок оксида цинка 7пО и ориентированных кристаллов оксида магния М§О и ниобата лития ЫКЪО3;

3. Исследования магнитных свойств имплантированных ионами Бе пленок 7пО и монокристаллов М§О и ЫКЪО3;

4. Изучение магнитного фазового состава и магнитной микроструктуры имплантированных ионами железа оксидов методом мёссбауэровской спектроскопии;

5. Исследование влияния постимплантационного отжига на магнитные свойства, микро- и макроструктуру тонких пленок 7пО, имплантированных ионами железа.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Детально охарактеризованы магнитные характеристики, а также параметры сверхтонких взаимодействий на ядрах 57Бе ферромагнитного метастабильного твердого раствора (7п,Бе3+)О, обнаруживаемого в имплантированных ионами железа тонких плёнках оксида цинка с высокой концентрацией введенной примеси.

2. Показано, что полученный ферромагнитный метастабильный твердый раствор (7п,Бе3+)О разрушается при термическом вакуумном отжиге, а также при травлении ионами малых энергий.

3. Пластинка оксида магния с ориентацией (001), имплантированная ионами железа с высокой дозой, проявляет ферромагнитные свойства при комнатной температуре. Впервые обнаружена магнитная анизотропия четвертого порядка в плоскости пластинки, возникающая вследствие эндотаксиального формирования наночастиц металлического железа в матрице М§О.

4. Экспериментально обнаружено, что в имплантированном ионами

железа монокристалле ниобата лития часть примеси образует преципитаты

7

железа с ОЦК структурой и примесью ниобия с концентрацией ~ 12 ат.%, значительно превышающей предел растворимости ниобия в железе в равновесном состоянии 1%).

Научная значимость и практическая ценность работы.

В работе исследованы гомогенные (твердые растворы) и гетерогенные (нанокомпозиты) тонкие пленки, полученные путём облучения оксидных материалов ионами железа и проявляющие ферромагнитные свойства при комнатной температуре. Изучена модификация свойств пленок при их отжиге в вакууме. Полученные знания об источниках объёмного ферромагнетизма в изученных пленках/образцах и результаты экспериментальных исследований являются полезными для поиска перспективных материалов для применения в новых функциональных устройствах, а также технологий и методик получения таких материалов.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Ферромагнитные свойства тонких плёнок оксида цинка, имплантированных ионами железа до высокой концентрации, при комнатной температуре обусловлены твердым раствором ^п^е^^.

2. Твердый раствор (7п^е3+)0 является метастабильным. В отожженных образцах он разрушается с образованием железосодержащих наночастиц -источников ферромагнитных свойств при комнатной температуре.

3. Ферромагнитный отклик в монокристалле оксида магния, имплантированном ионами железа, вызван наночастицами металлического железа, когерентно встроенными в структуру оксида магния.

4. Имплантация ионов железа в монокристалл ниобата лития приводит к образованию наночастиц железо-ниобий с объёмно-центрированной кубической решеткой и концентрацией ниобия ~ 12 ат.%, значительно превышающей его предел растворимости в металлическом железе в равновесном состоянии.

Достоверность полученных результатов и выводов работы обеспечена

проведением экспериментальных исследований набором

8

взаимодополняющих методов (мёссбауэровская спектроскопия, рештеноструктурный анализ, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, вибрационная магнитометрия, спектроскопия ферромагнитного резонанса, сканирующая электронная микроскопия, измерение магнитооптического эффекта Керра) на современном научном оборудовании, согласованностью полученных независимыми методами результатов, воспроизводимостью экспериментальных результатов и их обоснованностью теоретическими оценками, а также корреляцией с известными литературными данными.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и

обсуждены на нижеперечисленных конференциях, школах и форумах:

Международный молодежный научный форум «ЛОМОНОСОВ-2015»

(Москва, 2015 - стендовый доклад), Итоговая научно-образовательная

конференция студентов Института Физики (Казань, 2016, 2017 - устные

доклады), Международная конференция «Мёссбауэровская спектроскопия и

ее применения» (Казань, 2016 - стендовый доклад; Сочи, 2018 - стендовый и

устный (пленарный) доклады), VIII Всероссийская (с международным

участием) научно-техническая конференция «Низкотемпературная плазма в

процессах нанесения функциональных покрытий» (Казань, 2016 - устный

доклад), III Всероссийский научный форум «Наука будущего - наука

молодых» (Нижний Новгород, 2017 - устный доклад), II Всероссийский

конкурс на лучшую научную работу студентов федеральных университетов

2017 года (Казань, 2017 - устный доклад), Всероссийская конференция и

школа молодых ученых и специалистов «Физические и физико- химические

основы ионной имплантации» (Нижний Новгород, 2018 - устный доклад,

Казань, 2022 - стендовый доклад), Совместный симпозиум КФУ и

университета г. Канадзава «Fundamental science and emergent technologies for

the sustainable development in XXI century» (Казань, 2018 - стендовый доклад),

International Conference «Magnetic Resonance - Current State and Future

Perspectives» (Казань, 2019 - стендовый доклад), XXII Всероссийская

конференции по физике сегнетоэлектриков (Екатеринбург, 2021 - стендовый

9

доклад), International conference "Modern Development of Magnetic Resonance 2021" (Казань, 2021 - стендовый доклад).

Публикации. Результаты диссертационной работы представлены в 19 печатных работах, из которых 4 - статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК и индексируемых международными аналитическими базами данных Web of Science и Scopus [А1-А4], а 15 - тезисы и труды конференций [А5-А19].

Личный вклад автора состоял в проведении мёссбауэровских и магнитных исследований, выполнении расчетов профилей пробега имплантируемых ионов железа в матрицах оксидов. Автором был проведен совокупный анализ всех накопленных экспериментальных данных, их описание, сравнение, а также подготовка публикаций и докладов конференций по результатам исследований.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка авторских публикаций по теме диссертации и списка использованной литературы, включающего 133 источника. Объем диссертационной работы составляет 125 страниц, включая 37 иллюстраций, 29 формул и 6 таблиц.

Во введении обосновывается актуальность проведенных исследований, формулируются цель, задачи и научная новизна работы, перечисляются основные положения, выносимые на защиту, а также дается краткое описание диссертации по главам.

В первой главе приводится обзор работ, посвященных исследованию оксидов, легированных магнитными ионами 3^-металлов.

Во второй главе описан синтез исследуемых образцов. Также приводится описание методов и техники экспериментальных и теоретических исследований, использованных в данной работе.

Третья глава посвящена исследованиям тонких пленок оксида цинка,

имплантированных ионами железа с высокой дозой. Приведены результаты

рентгеноструктурных, магнитных, мёссбауэровских исследований, а также

10

исследований методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показана модификация магнитных и структурных свойств полученных образцов под воздействием вакуумного термического отжига.

В четвертой главе приводятся результаты исследований ориентированной монокристаллической пластины оксида магния, имплантированной ионами железа, методами мёссбауэровской спектроскопии, вибрационной магнитометрии и электронного парамагнитного/ферромагнитного резонанса. Показано, что в облученном слое возникает фаза наночастиц a-Fe и образуется нанокомпозит «ферромагнитные наночастицы - диэлектрик». Установлено, что фаза a-Fe является источником ферромагнитных свойств при комнатной температуре. Приведены результаты экспериментального исследования и численные характеристики обнаруженной магнитной анизотропии четвертого порядка в плоскости (001) кристалла-матрицы.

Пятая глава посвящена мёссбауэровским и магнитным исследованиям ориентированной монокристаллической подложки ниобата лития, имплантированной ионами железа. Обнаружено, что образец проявляет объемные ферромагнитные свойства при комнатной температуре, обусловленные частицами твердого раствора металлического железа с примесью ниобия ~ 12 ат.%. Другая часть примеси в виде ионов Fe2+ и Fe3+ замещает позиции Li+ и Nb5+ в структуре ниобата лития, соответственно, и находится в парамагнитном состоянии.

В заключении приведены основные результаты и сформулированы выводы по проделанной работе.

ГЛАВА 1. ЛЕГИРОВАНИЕ ОКСИДОВ ИОНАМИ ПЕРЕХОДНЫХ

МЕТАЛЛОВ

В данной главе приводится обзор литературы, посвященной вопросам легирования ZnO, MgO, LiNbO3 и некоторых других оксидов. Основное внимание уделено работам, в которых изучаются магнитные свойства имплантированных образцов, природа и источники возникновения этих свойств. Расмотрены также некоторые важные работы, где исследуются оксиды, легированные иными способами.

1.1. Легирование оксида цинка ионами 3 ^-металлов

Оксид цинка - бинарное соединение цинка и кислорода, кристаллизирующееся в гексагональной структуре вюрцита. Он является прямозонным полупроводником с шириной запрещенной зоны ~ 3,4 эВ [15]. Интересной особенностью ZnO является то, что он обладает естественной проводимостью «-типа, которая, вероятнее всего, обусловлена донорными примесями. Эта особенность несколько усложняет практическую применимость оксида цинка, т.к. для создания полупроводниковых устройств необходим синтез оксида цинка как с проводимостью р-типа, так и собственной проводимостью.

Резкое увеличение интереса к оксиду цинка в начале XXI века было обусловлено тем, что в работах [10, 11, 16] было предположено о возможности формирования ферромагнетизма в легированном переходными элементами ZnO, причем с температурой Кюри выше комнатной. Предполагалось, что причиной возникновения ферромагнетизма является робменное взаимодействие между локализованными спинами и носителями заряда. Локализованными спинами в данном случае выступают ионы переходных металлов в катионных позициях решетки. Для достижения высокой температуры Кюри необходима высокая концентрация как локализованных спинов, так и носителей [12].

После этих теоретических работ было проведено большое количество экспериментальных исследований. Большой интерес среди этих работ вызывают те, где ионы переходных металлов, в частности железа, вводятся в матрицу оксида цинка с помощью метода ионной имплантации [17, 18].

В частности, в работе [17] ионы Бе+ были имплантированы в монокристаллы оксида цинка, ориентированные гранью (0001), причем кристаллы были отполированы таким образом, что на имплантированную поверхность выходили только атомы цинка. Стоит отметить, что имплантация производилась в семь этапов, где от шага к шагу увеличивалась энергия имплантируемых ионов от 50 кэВ до 380 кэВ. Результирующий профиль концентрации ионов имеет квазипрямоугольный вид с глубиной порядка 220 нм и атомарной концентрацией ~ 6 ат.%. Исследования показали, что рефлекс 7пО (002) на дифрактограмме имплантированного образца (Рисунок 1.1) оказывается несколько сдвинут в область малых углов 20. Этот факт авторы связывают с растворением ионов железа в матрице оксида цинка и увеличением при этом постоянной решетки. Вдобавок, рефлекс значительно уширяется. Это связано с тем, что ионная имплантация приводит к большой концентрации радиационных дефектов, ухудшающих кристалличность оксида цинка. При этом дефекты могут быть в некоторой степени восстановлены термическим отжигом при 700 °С. В работе также отмечается, что после отжига образуются фазы нанокластерного металлического железа, как с ОЦК, так и ГЦК структурами. Объемные ферромагнитные свойства были обнаружены при температурах ниже 250 К как до, так и после отжига, причем отжиг практически не повлиял на магнитный отклик. На основе полученных результатов авторы предположили, что появление наночастиц не имеет существенного вклада в ферромагнитные свойства материала.

50 60

29 (degree)

Рисунок 1.1 - Рентгеновские дифрактограммы монокристалла ZnO до и после имплантации ионами железа, а также после отжига имплантированного образца при 700 °С. На вставке показан увеличенный участок дифрактограммы (20 = 50°-70°) отожженного образца [17]

Ли и др. [19] утверждают, что магнитный отклик оксида цинка, имплантированного ионами кобальта с энергией 30 кэВ и дозой 5.2-1015 ионов/см2, сильно зависит от того, каким образом была отполирована пластина ZnO. В случае, когда на имплантируемую поверхность выходят только лишь атомы кислорода (грань (0001)), ферромагнитный отклик

оказался примерно в два раза больше, чем в случае, когда на поверхность

выходили атомы цинка (грань (0001)). К тому же, использованные авторами

экспериментальные методы не выявляют присутствие вторичных фаз на

основе кобальта, что доказывает замещение ионов цинка ионами кобальта в

14

матрице. На основе расчетов показано, что сильная гибридизация орбиталей Co-3d и O-2p ответственна за усиление ферромагнитного отклика в так называемом «О-полярном» оксиде цинка, имплантированном кобальтом.

Потзгер и др. [20] имплантировали монокристаллы оксида цинка изотопом 57Fe с энергией 180 кэВ. Дозы и температуры подложек варьировались. Объемный ферромагнетизм наблюдался для двух образцов: имплантированного дозой 4-1016 ионов/см2 при температуре подложки 623 К и имплантированного дозой 4-1015 ионов/см2 при температуре подложки 253 К. Ферромагнитные свойства первого образца исследователи связывают с наночастицами a-Fe, которые проявляются как на рентгеновских дифрактограммах, так и на мёссбауэровских спектрах (Рисунок 1.2). Однако в случае второго образца вторичные фазы не были обнаружены в пределах точности использованных экспериментальных методов. Поэтому авторы полагают, что ионы железа растворяются в матрице оксида цинка, и наблюдаемый ферромагнетизм связан с косвенным обменным взаимодействием между этими ионами. Также отмечается, что возникающие в большом количестве радиационные дефекты играют существенную роль в образование такого разбавленного магнитного полупроводника.

т-1-г

J_I_I_I_i_I_L

-4 0 +4

Velocity (mm/s)

Рисунок 1.2 - Мёссбауэровский спектр конверсионных электронов монокристалла ZnO, имплантированного ионами 57Fe с энергией 180 кэВ и дозой 4-1016 ионов/см2 при температуре подложки 623 К [20]. Стрелками указан секстет, связанный с наночастицами a-Fe, наблюдаемыми также и на изображениях электронной микроскопии (вставка к рисунку)

126 124 122 120 118 116

- doubli

- double

- sextet

а иг

I 110 - 108

106 104

102 100 98

-10

-5

0

Velocity, mm/sec

5

10

Рисунок 1.3 - Мёссбауэровский спектр конверсионных электронов тонкой плёнки оксида цинка, имплантированной ионами железа с энергией 40 кэВ и дозой 1-1017 ионов/см2 [21]

Тонкая пленка оксида цинка, выращенная методом магнетронного распыления на кремниевой подложке и имплантированная ионами железа (с обогащением изотопом Бе57 до ~ 40%) с энергией 40 кэВ и дозой 1-1017 ионов/см2, изучалась в работе [21]. Объемные магнитные свойства исследовались методами вибрационной магнитометрии и магнитооптического эффекта Керра. Два метода показывают схожий магнитный отклик образца. Небольшие различия авторы объясняют тем, что магнитооптический эффект Керра изучает только влияние приповерхностной области на изменение поляризации, тогда как вибрационная магнитометрия изучает изменение намагниченности во внешнем магнитном поле всего объема образца. Исходя из кривых температурной зависимости намагниченности, температура фазового перехода ферромагнетик-парамагнетик оценена как ~ 850 °С. Однако обратный переход не наблюдается, т.е. ферромагнитное упорядочение уничтожается при таком нагреве. Мёссбауэровские исследования (Рисунок 1.3) показали присутствие магнитноупорядоченной компоненты, однако сверхтонкое магнитное поле отлично от значений, известных для объемных железосодержащих фаз таких, как металлическое железо, магнетит и т.д.

Исходя из этого исследователи сделали вывод, что железо находится в мелкодисперсном состоянии. Авторы работы также отметили, что в облученном слое возможно присутствие наночастиц Fe3O4 (магнетита).

В работе [22] приводятся результаты исследования эффекта имплантации ионов кобальта в пленки оксида цинка и оксида ванадия. Показано, что в случае имплантации ионов кобальта с энергией 80 кэВ в тонкие пленки ZnO толщиной 100 нм с ростом дозы имплантации возникают наночастицы кобальта, образуя нанокомпозитные системы. При этом магнитный отклик меняется с суперпарамагнитного до ферромагнитного. Кроме того, для дозы 1-1017 ионов/см2 обнаружен значительный сдвиг петель магнитного гистерезиса, что связано с обменным сдвигом из-за интерфейса «ферромагнетик-антиферромагнетик». Авторы объясняют это окислением поверхности металлических наночастиц кобальта до CoO или которые

являются антиферромагнетиками.

В другой работе этой группы [23] сообщается, что тонкая пленка оксида цинка толщиной 130 нм на сильнолегированной кремниевой подложке была имплантирована ионами кобальта с энергией 80 кэВ и дозой 1-1017 ионов/см2. В результате такой имплантации часть ионов кобальта замещает ионы цинка в катионных позициях решетки, а другая часть образовывает наночастицы металлического кобальта. Таким образом была получена нанокомпозитная система, проявляющая, с одной стороны, суперпарамагнитные свойства с температурой блокировки порядка комнатной, а с другой стороны, свойства релаксорного сегнетоэлектрика. Таким образом данная система проявляет свойства мультиферроика, причем механизм этих свойств несколько отличен от классических нанокомпозитов-мультиферроиков, где

магнитоэлектрическая связь осуществляется посредством переноса напряжения через границу раздела двух гетерогенных фаз.

Несмотря на большие усилия исследователей по выяснению механизмов

формирования ферромагнитных свойств при легировании оксида цинка

переходными элементами, до сих пор открытым остается вопрос о магнитных

17

свойствах и фазовом составе в случае, когда имплантация производится в плёнки оксида цинка с дозами, превышающими предел растворимости внедряемых ионов в матрице. Возможные особенности могут быть обусловленными несколькими причинами, среди которых можно выделить следующие. Во-первых, когда толщина имплантируемой пленки того же порядка, что и пробег ионов, то возникают условия, когда имплантируемый материал модифицируется практически полностью. Во-вторых, близко расположенная граница раздела «пленка-подложка» препятствует эффективному отводу тепла из области радиационного воздействия, создавая при этом условия, что пленки 7пО сильно перегреваются в процессе имплантации. Все эти вопросы требуют дальнейшего экспериментального выяснения при условиях, когда имплантация производится с дозами, превышающими предел растворимости внедряемых ионов в матрице.

1.2. Легирование оксида магния ионами 3^-металлов

Оксид магния кристаллизуется в кубической структуре типа №01 [24]. Этот материал является изолятором с шириной запрещенной зоны 7.8 эВ [25]. Оксид магния часто используется в качестве подложки для осаждения тонких магнитных пленок, и он особенно подходит для осаждения пленок металлического железа из-за небольшой степени рассогласования кристаллических решеток [26]. Кроме того, 57Бе является одним из самых удобных изотопов для мёссбауэровской спектроскопии. Однако легированию, в частности, имплантации ионов железа в оксид магния с концентрациями, превышающими предел их растворимости в матрице, посвящено лишь небольшое количество работ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зиннатуллин Алмаз Линарович, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ферт, А. Происхождение, развитие и перспективы спинтроники / А. Ферт // Успехи физических наук. - 2008. - Т. 178, N 12. - С. 1336-1348.

2. Concepts in Spin Electronics / S. Maekawa ed. - Oxford University Press. -2006. - 398 p.

3. Спинтроника полупроводниковых, металлических, диэлектрических и гибридных структур (к 100-летию Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН) / П.Г. Баранов, А.М. Калашникова, В.И. Козуб, [и др.] // Успехи физических наук. - 2019. - Т. 189, N 8. - С. 849-880.

4. Nanomagnetism and Spintronics / T. Shinjo ed. - Elsevier. - 2009. - 346 p.

5. Spintronics: A Spin-Based Electronics Vision for the Future / S. Wolf, D. Awschalom, R. Buhrman, [et al.] // Science. - 2001. - Vol. 294, N 5546. -P. 1488-1495.

6. Wachter, P. Chapter 19 Europium chalcogenides: EuO, EuS, EuSe and EuTe / P. Wachter // Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths. - 1979. -Vol. 2. - P. 507-574.

7. Introduction to the Physics of Diluted Magnetic Semiconductors / J.A. Gaj, J. Kossut eds. - Springer. - 2010. - 469 p.

8. Magnetotransport Properties of p-Type (In, Mn) As Diluted Magnetic III-V Semiconductors / H. Ohno, H. Munekata, T. Penney, [et al.] // Phys. Rev. Lett. - 1992. - Vol. 68, N17. - P. 1849-1852.

9. (Ga, Mn)As: A new diluted magnetic semiconductor based on GaAs / H. Ohno, A. Shen, F. Matsukura, [et al.] // Applied Physics Letters. - 1996. - Vol. 69. -P. 363-366.

10. Zener Model Description of Ferromagnetism in Zinc-Blende Magnetic Semiconductors / T. Dietl, H. Ohno, F. Matsukura, [et al.] // Science. - 2000. -Vol. 287. - P. 1019-2022.

11. Sato, K. Ferromagnetism in a transition metal atom doped ZnO / K. Sato,

H. Katayama-Yoshida // Physica E. - 2001. - Vol. 10, N 1-3. - P. 251-255.

112

12. Dietl, T. A ten-year perspective on dilute magnetic semiconductors and oxides / T. Dietl // Nature Materials. - 2010. - T. 9, N 12. - C. 965-974.

13. Coey, J.M.D. Magnetism in d0 oxides / J.M.D. Coey // Nature Materials. -

2019. - Vol. 18. - P. 652-656.

14. Magnetotransport Properties of Ferromagnetic Nanoparticles in a Semiconductor Matrix Studied by Precise Size-Selective Cluster Ion Beam Deposition / N. Gack, G. Iankevich, C. Benel, [et al.] // Nanomaterials. -

2020. - Vol. 10, N 11. - P. 2192-1-27.

15. A comprehensive review of ZnO materials and devices / Ü. Özgür, Ya.I. Alivov, C. Liu, [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2005. - Vol. 98, N 4. - P. 041301-1-103.

16. Sato, K. Stabilization of Ferromagnetic States by Electron Doping in Fe-, Co-or Ni-Doped ZnO / K. Sato, H. Katayama-Yoshida // Japanese Journal of Applied Physics. - 2001. - Vol. 40, N 4A. - P. 334-336.

17. Ferromagnetism and microstructure in Fe+-implanted ZnO / D. Wang, Z. Chen, F. Zhou, [et al.] // Applied Surface Science. - 2009. - Vol. 255, N 23. -P. 9371-9375.

18. Ferromagnetic Behavior above Room Temperature of Fe-Ion-Implanted ZnO / Y. Song, K. Park, D. Son, [et al.] // Journal of the Korean Physical Society. -2007. - Vol. 50, N 6. - P. 1706-1710.

19. Effects of surface polarity on the structure and magnetic properties of Co implanted polar ZnO wafers / Q. Li, Y. Zhang, W. Yan, [et al.] // Scripta Materialia. - 2022. - Vol. 220. - P. 114923-1-4.

20. Fe implanted ferromagnetic ZnO / K. Potzger, S. Zhou, H. Reuther, [et al.] // Applied Physics Letters - 2006. - Vol. 88. - P. 052508-1-3.

21. Formation of different magnetic phases and high Curie temperature ferromagnetism in Fe57-implanted ZnO film / M. Ozturk, E.Demirci, O.Gürbüz, [et al.] // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2015. - Vol. 373. -P. 83-85.

22. Magnetic orders and origin of exchange bias in Co clusters embedded oxide nanocomposite films / H. Li, C. Wang, D. Li, [et al.] // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2019. - Vol. 31, N 15. - P. 155301.

23. Relaxor Ferroelectricity and Magnetoelectric Coupling in ZnO-Co Nanocomposite Thin Films: Beyond Multiferroic Composites / D.Y. Li, Y.J. Zeng, D. Batuk, [et al.] // ACS Applied Materials & Interfaces. - 2014. -Vol. 6, N 7. - P. 4737-4742.

24. Киттель, Ч. Введение в физику твердого тела / Ч. Киттель. - М.: Наука, 1978. - 791 с.

25. Whited, R.C. Exciton thermoreflectance of MgO and CaO / R.C. Whited, C.J. Flaten, W.C. Walker // Solid State Communications. - 1973. - Vol. 13, N 11. - P. 1903-1905.

26. Fuke, H. Structural and Magnetic Properties of (001) Fe Films / H. Fuke, A. Sawabe, T. Mizoguchi // Japanese Journal of Applied Physics. - 1993. -Vol. 32, N 2. - P. L1137-L1140.

27. Dubowik, J. FMR study of coherent fine magnesioferrite particles in MgO-line shape behavior / J. Dubowik, J. Baszynski // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1986. - Vol. 59, N1-2. - P. 161-168.

28. Fe+ and Zn+ ion implantation in MgO single crystals / J.P. Singh, W.C. Lim, J. Song, [et al.] // Materials Letters. - 2021. - Vol. 301. - P. 130232.

29. Room temperature ferromagnetism in N-implanted MgO: Synergistic effects of intrinsic and extrinsic defects / X. Wang, C. Ma, X. Wang, [et al.] // Materials Research Express. - 2021. - Vol. 8. - P. 066102-1-8.

30. Surface and local electronic structure modification of MgO film using Zn and Fe ion implantation / J.P. Singh, W.C. Lim, J. Lee, [et al.] // Applied Surface Science - 2018. - Vol. 432. - P. 132-139.

31. Interstitial Fe in MgO / T.E. M0lholt, R. Mantovan, H.P. Gunnlaugsson, [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2014. - Vol. 115. - P. 023508-1-6.

32. Misra, D. Prediction of Site Preference of Implanted Transition Metal Dopants in Rock-salt Oxides / D. Misra, S.K. Yadav // Scientific Reports. - 2019. -Vol. 9. - P. 12593-1-12.

33. Misra, D. On the origin of precipitation of transition metals implanted in MgO / D. Misra, S. K. Yadav // The European Physical Journal B. - 2021. - Vol. 94. -P. 76-1-6.

34. Valence state and co-ordination of implanted ions in MgO / B. Kaur, R. Bhardwaj, J.P. Singh, [et al.] // AIP Conference Proceedings. - 2020. -Vol. 2220. - P. 090003-1-6.

35. Influence of complex impurity centres on radiation damage in wide-gap metal oxides / A. Lushchik, C. Lushchik, A.I. Popov, [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. At. - 2016. - Vol. 374. -P. 90-96.

36. Accumulation of radiation defects and modification of micromechanical properties under MgO crystal irradiation with swift 132Xe ions / G. Baubekova, A. Akilbekov, E. Feldbach, [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. At. - 2020. - Vol. 463. - P. 50-54.

37. Magnetic behavior of Co and Ni implanted MgO / M.M. Cruz, R.C. da Silva, J.V. Pinto, [et al.] // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2004. -Vol. 272-276. - P. 840-842.

38. XPS and optical absorption studies on a-Al2O3 and MgO single crystals implanted with Cr, Cu, and Kr ions / T. Futagami, Y. Aoki, O. Yoda, S. Nagai // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. At. - 1994. -Vol. 88, N 3. - P. 261-266.

39. Fe nanoparticles embedded in MgO crystals / A. Shalimov, K. Potzger, D. Geiger, [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2009. - Vol. 105, N 6. -P. 064906-1-7.

40. Crystal orientation dependence of ferromagnetism in Fe-implanted MgO single crystals / Z. Mao, Z. He, D. Chen, [et al.] // Solid State Communications. -

2007. - Vol. 142, N 6. - P. 329-332.

115

41. Nano-Clustering of Iron and Magnetic Properties of the Iron Implanted in MgO / N. Hayashi, I. Sakamoto, T. Okada, [et al.] // Physica Status Solidi (a). -2002. - Vol. 189, N 3. - P. 775-780.

42. Iron-ion—implantation effects in MgO crystals / A. Perez, G. Marest,

B.D. Sawicka // Physical Review B. - 1983. - Vol. 28, N 3. - P. 1227-1238.

43. Optical, channeling and Mossbauer studies of high dose iron implanted ionic crystals / A. Perez, J.P. Dupin, O. Massenet, [et al.] // Radiation Effects. -2006. - Vol. 52, N 3-4. - P. 127-135.

44. Spinel ferrite formation in iron implanted MgO crystals / A. Perez, M. Treilleux, L. Fritsch, G. Marest // Nuclear Instruments and Methods. -1981. - Vol. 182-183. - P. 747-751.

45. Boubeta, C.M. Epitaxy, magnetic and tunnel properties of transition metal/MgO(001) heterostructures / C.M. Boubeta, J.L. Costa-Kramer, A. Cebollada // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2003. - Vol. 15, N 25. - P. R1123-R1167.

46. LiNbO3 [Electronic resource] / M. Adachi, Y. Akishige, T. Asahi, [et al.] // Landolt-Bornstem - Group III Condensed Matter. Oxides. / eds. Y. Shiozaki, E. Nakamura, T. Mitsui. - Springer-Verlag. - 2002. URL: https://materials.springer.com/lb/docs/sm_lbs_978-3-540-31349-6_390 (Accessed: 23-08-2022).

47. Room Temperature Ferromagnetism in Cobalt-Doped LiNbO3 Single Crystalline Films / C. Song, C. Wang, X. Liu, [et al.] // Crystal Growth & Design. - 2009. - Vol. 9, N 2. - P. 1235-1239.

48. Local Co structure and ferromagnetism in ion-implanted Co-doped LiNbO3 /

C. Song, F. Zeng, Y. X. Shen, [et al.] // Physical Review B. - 2006. - Vol. 73, N 17. - P. 172412-1-4.

49. Prieto, C. Determination of the lattice site of Fe in photorefractive LiNbO3 / C. Prieto, C. Zaldo // Solid State Communications. - 1992. - Vol. 83, N 10. -P. 819-821.

50. Mossbauer-effect study of Co57 and Fe57 impurities in ferroelectric LiNbO3 / W. Keune, S. K. Date, I. Dezsi, U. Gonser // Journal of Applied Physics. -1975. - Vol. 46, N 9. - P. 3914-3924.

51. Strong d-d electron interaction inducing ferromagnetism in Mn-doped LiNbO3 / C. Chen, F. Zeng, J. H. Li, [et al.] // Thin Solid Films. - 2011. -Vol. 520, N 2. - P. 764-768.

52. Electronic structure and magnetism of Fe-doped LiNbO3 / F. Zeng, P. Sheng,

G.S. Tang, [et al.] // Materials Chemistry and Physics. - 2012. - Vol. 136, N 23. - P. 783-788.

53. Pascual-Gonzalez, C. Single-phase, composite and laminate multiferroics /

C. Pascual-Gonzalez, G. Schileo, A. Feteira // Magnetic, Ferroelectric, and Multiferroic Metal Oxides / Ed. B. D. Stojanovic. - Elsevier. - 2018. - P. 457484.

54. Song, D. Effects of rf power on surface-morphological, structural and electrical properties of aluminium-doped zinc oxide films by magnetron sputtering /

D. Song // Applied Surface Science. - 2008. - Vol. 254, N13. - P. 4171-4178.

55. Kelly, P. Magnetron sputtering: a review of recent developments and applications / P. Kelly, R. Arnell // Vacuum. - 2000. - Vol. 56, N3. - P. 159172.

56. Риссел, Х. Ионная имплантация / Х. Риссел, И. Руге. - М.: Наука, 1983. -360 с.

57. Петухов, В.Ю. Ионно-лучевые методы получения тонких пленок. Учебно-методическое пособие для студентов физического факультета / В.Ю. Петухов, Г.Г. Гумаров. -2-е издание, исправленное и дополненное -Казань, 2010. - 87 с.

58. Определение размеров металлических наночастиц из спектров плазмонного резонанса: учебно-методическое пособие / В.В. Парфенов,

H.В. Болтакова, Л.Р.Тагиров, [и др.] - Казань: Издательство Казанского федерального университета, 2012. - 21 с.

59. SRIM - The Stopping and Range of Ions in Matter / J.F. Ziegler, J.P. Biersack, M.D. Ziegler. - Chester: SRIM Co., 2008. - 398 p.

60. Suryanarayana, C. X-Ray Diffraction: A Practical Approach / C. Suryanarayana, M.G. Norton. - New York: Springer, 1998. - 273 p.

61. QUALX2.0: a qualitative phase analysis software using the freely available database POW_COD / A. Altomare, N. Corriero, C. Cuocci, [et al.] // Appl. Cryst. - 2015. - Vol. J48. - P. 598-603.

62. Введение в физику поверхности / К. Оура, В.Г. Лифшиц, А.А. Саранин, [и др.] - М.: Наука, 2005. - 499 с

63. A simple vibrating sample magnetometer for macroscopic samples / V. Lopez-Dominguez, A. Quesada, J. C. Guzman-Minguez, [et al.] // Review of Scientific Instruments. - 2018. - Vol. 89, N 3. - P. 034707-1-6.

64. Звездин, А.К. Магнитооптика тонких плёнок / А.К. Звездин, В.А. Котов -М.: Наука, 1988. - 192 с.

65. Вонсовский, С.В. Магнетизм / С.В. Вонсовский. - М: Наука, 1971. -1032 с.

66. Кузнецов, М.В. Современные методы исследования поверхности твердых тел: фотоэлектронная спектроскопия и дифракция, СТМ-микроскопия / М.В. Кузнецов. - Екатеринбург: Институт химии твердого тела УрО РАН, 2010. - 43 с.

67. Вертхейм, Г. Эффект Мессбауэра / Г. Вертхейм. - М: Мир, 1966. - 172 с.

68. Химические применения мессбауэровской спектроскопии / Ред. Гольданский В.И., Гербер Р. - М.: Мир, 1970 - 502 с.

69. Ивойлов, Н.Г. Введение в мессбауэровскую спектроскопию конверсионных электронов: учебно-методическое пособие для студентов Института физики / Н.Г. Ивойлов, Е.Н. Дулов. - Казань: Издательство Казанского федерального университета, 2012. - 45 с.

70. Matsnev, M.E. SpectrRelax: An application for Mössbauer spectra modeling and fitting / M.E. Matsnev, V.S. Rusakov // AIP Conference Proceedings. -

2012. - Vol. 1489, N 1. - P. 178-185.

118

71. Local Fe structure and ferromagnetism in Fe-doped ZnO films / X.X. Wei, C. Song, K.W Geng, [et al.] // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2006. -Vol. 18. - P. 7471-7479.

72. Systematic and collaborative approach to problem solving using X-ray photoelectron spectroscopy / N. Fairley, V. Fernandez, M. Richard-Plouet, [et al.] // Applied Surface Science Advances. - 2021. - Vol. 5. - P. 100112-1-9.

73. NIST X-ray Photoelectron Spectroscopy Database [Electronic resource] // NIST Standard Reference Database 20, Version 4.1 / A.V. Naumkin, A. Kraut-Vass, S.W. Gaarenstroom, C.J. Powell. - 2012. URL: https://srdata.nist.gov/xps/Default.aspx (Accessed: 23-08-2022).

74. Resolving surface chemical states in XPS analysis of first row transition metals, oxides and hydroxides: Cr, Mn, Fe, Co and Ni / M.C. Biesinger, B.P. Payne, A.P. Grosvenor, [et al.] // Applied Surface Science. - 2011. - Vol. 257. -P. 2717-2730.

75. Asami, K. The effect of ion etching on surface composition and chemical state / K. Asami, M. De Sa, V. Ashworth // Corrosion Science. - 1986. - Vol. 26, N 1. - P. 15-25.

76. ESCA studies of metal-oxygen surfaces using argon and oxygen ion-bombardment / K. Kim, W. Baitinger, J. Amy, N. Winograd // Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. - 1974. - Vol. 5, N 1. - P. 351367.

77. Defect-related local magnetism at dilute Fe atoms in ion-implanted ZnO / G. Weyer, H.P. Gunnlaugsson, R. Mantovan, [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2007. - Vol. 102. - P. 113915-1-7.

78. Observation of high ferromagnetic ordering in Fe implanted ZnO at room temperature / D. Sanyal, M. Chakrabarti, V. Naik, [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. At. - 2009. - Vol. 267. -P. 1783-1786.

79. Paramagnetism and antiferromagnetic interactions in single-phase Feimplanted ZnO / L.M.C. Pereira, U. Wahl, J.G. Correia, [et al.] // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2013. - Vol. 25. - P. 416001-1-15.

80. Fe-implanted ZnO: Magnetic precipitates versus dilution / S. Zhou, K. Potzger,

G. Talut, [et al.] // Journal of Applied Physics. - 2008. - Vol. 103, N 2. -P. 023902-1-14.

81. Crystallographically oriented magnetic ZnFe2O4 nanoparticles synthesized by Fe implantation into ZnO / S. Zhou, K. Potzger, H. Reuther, [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. - 2007. - Vol. 40. - P. 964-969.

82. Mossbauer studies of ferromagnetism in Fe-doped ZnO magnetic semiconductor / G.Y. Ahn, S.-I. Park, I.-B. Shim, C.S. Kim // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 2004. - Vol. 282. - P. 166-169.

83. Oh, S. J. Characterization of iron oxides commonly formed as corrosion products on steel / S. J. Oh, D. Cook, H. Townsend // Hyperfine Interactions. -1998. - Vol. 112, N 1. - P. 59-66.

84. Blume, M. Mossbauer spectra in a fluctuating environment / M. Blume, J.A. Tjon // Phys. Rev. - 1968. - Vol. 165. - P. 446-456.

85. Bean, C.P. Superparamagnetism / C.P. Bean, J.D. Livingston // Journal of Applied Physics. - 1959. - Vol. 30, N 4. - P. S120-S129.

86. Nanocluster formation in Co/Fe implanted ZnO / K. Bharuth-Ram,

H. Masenda, T. B. Doyle, [et al.] // Hyperfine Interactions. - 2015. - Vol. 230, N 1. - P. 181-186.

87. Ferromagnetism in Fe-implanted a-plane ZnO films / P. Wu, G. Saraf, Y. Lu, [et al.] // Applied Physics Letters. - 2006. - Vol. 89, N 1. - P. 012508-1-3.

88. Paramagnetism in Mn/Fe implanted ZnO / H. P. Gunnlaugsson, T. E. Molholt, R. Mantovan, [et al.] // Applied Physics Letters. - 2010. - Vol. 97, N 14. -P. 142501-1-3.

89. Fe charge state adjustment in ZnO upon ion implantation / R. Mantovan,

H.P. Gunnlaugsson, D. Naidoo, [et al.] // Journal of Physics: Condensed

Matter. - 2012. - Vol. 24, N 48. - P. 485801-1-5.

120

90. Structural and magnetic studies of thin Fe57 films formed by ion beam assisted deposition / N. Lyadov, V. Bazarov, F. Vagizov, [et al.] // Appl. Surf. Sci. -2016. - Vol. 378. - P. 114-119.

91. Growth and magnetic properties of ultrathin epitaxial FeO films and Fe/FeO bilayers on Mg0(001) / A. Koziol-Rachwal, T. Sl?zak, T. Nozaki, [et al.] // Appl. Phys. Lett. - 2016. - Vol. 108. - P. 041606-1-4.

92. Noguesa, J. Exchange bias / J. Noguesa, I. Schuller // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1999. - Vol. 192, N2. - P. 203-232.

93. Layden, G. K. Effect of Minor Additions on Sintering of MgO / G.K. Layden, M.C. McQuarrie // J Am. Ceram. Soc. - 1959. - Vol. 42. - P. 89-92.

94. A Mössbauer effect study of MgFe2O4 / E. De Grave, A. Govaert, D. Chambaere, G. Robbrecht // Physica B+C. - 1979. - Vol. 96. - P. 103-110.

95. Waychunas, G. A. Mossbauer, EXAFS, and X-ray diffraction study of Fe3+ clusters in MgO:Fe and magnesiowustite (Mg,Fe)1-xO-evidence for specific cluster geometries / G. A. Waychunas // Journal of Materials Science. - 1983. -Vol. 18. - P. 195-207.

96. Leider, H.R. Mössbauer Effect in MgO:Fe+2; Low-Temperature Quadrupole Splitting / H.R. Leider, D.N. Pipkorn // Phys. Rev. - 1968. - Vol. 165. - P. 494500.

97. Vagizov, F. Application of the Mössbauer effect to the study of opto-acoustic phenomena / F. Vagizov, R. Shakhmuratov, E. Sadykov // Phys. Status Solidi B. - 2014. - Vol. 252. - P. 469-475.

98. Structural and magnetic studies of Co and Fe implanted BaTiO3 crystals / N.I. Khalitov, R.I. Khaibullin, V.F. Valeev, [et al.] // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B Beam Interact. Mater. At. - 2012. - Vol. 272. - P. 104-107.

99. Wertz, J.E. Crystal Vacancy Evidence from Electron Spin Resonance / J.E. Wertz, P. Auzins // Phys. Rev. - 1957. - Vol. 106. - P. 484-488.

100. Henderson, B. Some studies of Cr3+ ions and Mn4+ ions in magnesium oxide / B. Henderson, T.P.P. Hall // Proc. Phys. Soc. - 1967. - Vol. 90. - P. 511-518.

101. Axial Cr3+ centres in MgO: EPR and fluorescence studies / K.P.O'Donnell, B. Henderson, D.O'Connell, M.O. Henry // J. Phys. C Solid State Phys. -1977. - Vol. 10. - P. 3877-3884.

102. Magnetic resonance and magnetization in Fe implanted BaTiO3 crystal / M. Maksutoglu, S. Kazan, N.I. Khalitov, [et al.] // J. Magn. Magn. Mater. -2015. - Vol. 373. - P. 103-107.

103. Suhl, H. Ferromagnetic Resonance in Nickel Ferrite Between One and Two Kilomegacycles / H. Suhl // Phys. Rev. - 1955. - Vol. 97. - P. 555-557.

104. Magnetic anisotropies of sputtered Fe films on MgO substrates / Y.V. Goryunov, N.N. Garifyanov, G.G. Khaliullin, [et al.] // Phys. Rev. B. -1995. - Vol. 52. - P. 13450-13458.

105. Gubin, S.P. Magnetic Nanoparticles / S.P. Gubin. - Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2009. - 466 p.

106. Гуревич, А.Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках / А.Г. Гуревич. - М: Наука, 1973. - 592 с.

107. Miyazaki, T. The Physics of Ferromagnetism / T. Miyazaki, H. Jin. - Berlin: Springer-Verlag, 2012. - 482 p.

108. Magnetic anisotropy and behaviors of Fe nanoparticles / T. Ibusuki, S. Kojima, O. Kitakami, Y. Shimada // IEEE Transactions on Magnetics. - 2001. -Vol. 37. - P. 2223-2225.

109. Specific features of depth distribution profiles of implanted cobalt ions in rutile TiO2 / A.A. Achkeev, R.I. Khaibullin, L.R. Tagirov, [et al.] // Physics of the Solid State. - 2011. - Vol. 53. - P. 543-553.

110. From holes to sponge at irradiated Ge surfaces with increasing ion energy—an effect of defect kinetics? / R. Böttger, K.-H. Heinig, L. Bischoff, [et al.] // Appl. Phys. A. - 2013. - Vol. 113. - P. 53-59.

111. Incoherent-Light Pulse Annealing of Nanoporous Germanium Layers Formed by Ion Implantation / A.L. Stepanov, B.F. Farrakhov, Y.V. Fattakhov, [et al.] // Vacuum. - 2021. - Vol. 186. - P. 110060-1-5.

112. Magneto-Optical Spectroscopy of Ferromagnetic Shape-Memory Ni-Mn-Ga Alloy / M. Veis, L. Beran, M. Zahradnik, [et al.] // J. Appl. Phys. - 2014. -Vol. 115. - P. 17A936-1-3.

113. The Magnetic Properties of Fe-Nb Alloys / D.A. Read, G.C. Hallam, M.S. Sahota, A. Mustaffa // Phys. B+C. - 1977. - Vol. 86-88. - P. 66-68.

114. Observation of Weak Ferromagnetism in the C14 Laves Phase of the (Fei-xNix)2Nb System / C. Paduani, J. Schaf, A.I.C. Persiano, [et al.] // Phys. Status Solidi (b). - 2009. - Vol. 246. - P. 1362-1365.

115. Crook, M.R. Magnetic Transition in Nbi-yFe2+y / M.R. Crook, R. Cywinski // J. Magn. Magn. Mater. - 1995. - Vol. 140-144. - P. 71-72.

116. Binary Alloy Phase Diagrams. Vol. 1 / T.B. Massalski, J.L. Murray, L.H. Bennett, H. Baker. - 1st ed. - Metals Park, OH, USA: American Society for Metals, 1986. - 1100 p.

117. Characterization of Phases in the Fe-Nb System / M.T. Raposo, J.D. Ardisson, A.I.C. Persiano, R.A. Mansur // Hyperfine Interact. - 1994. - Vol. 83. - P. 235238.

118. Shannon, R.D. Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides / R.D. Shannon // Acta Crystallogr. Sect. A. - 1976. - Vol. 32. - P. 751-767.

119. Mössbauer-effect Study of Co57and Fe57 Impurities in Ferroelectric LiNbO3 / W. Keune, S.K. Date, I. Dezsi, U. Gonser // J. Appl. Phys. - 1975. - Vol. 46. -P. 3914-3924.

120. Blachowski, A. Influence of Niobium Impurity on Spin Density in Metallic Iron / A. Blachowski, K. Ruebenbauer, J. Zukrowski // Phys. Status Solidi (b). - 2005. - Vol. 242. - P. 3201-3208.

121. Electronic Structure and Magnetic Properties of Dilute Fe Alloys with Transition-Metal Impurities / B. Drittler, N. Stefanou, S. Blügel, [et al.] // Phys. Rev. B. - 1989. - Vol. 40. - P. 8203-8212.

122. Alloy Formation at the Fe-on-Nb and Nb-on-Fe Interfaces / J. Balogh, L. Bujdoso, Z.E. Horvath, [et al.] // Vacuum. - 2020. - Vol. 171. - P. 1090481-7.

123. Ovchinnikov, V.V. Mossbauer Analysis of the Atom and Magnetic Structure of Alloys / V.V. Ovchinnikov. - Cambridge, UK: Cambridge International Science Publishing, 2006. - 248 p.

124. Solid Solubility Limit in Alloying Nanoparticles / G. Ouyang, X. Tan, C.X. Wang, G.W. Yang // Nanotechnology. - 2006. - Vol. 17. - P. 4257-4262.

125. Lee, J.-G. Solid Solubility in Isolated Nanometer-Sized Alloy Particles in the Sn-Pb System / J.-G. Lee, H. Mori, // Eur. Phys. J. D. - 2005. - Vol. 34. -P. 227-230.

126. Phase Transformation Behavior in Nanoalloys / K. Tiwari, M. Manolata Devi, K. Biswas, K. Chattopadhyay // Prog. Mater. Sci. - 2021. - Vol. 121. -P. 100794-1-77.

127. Optical Monitoring of Nanoparticle Formation during Negative 60 keV Cu Ion Implantation into LiNbO3 / O.A. Plaksin, Y. Takeda, H. Amekura, [et al.] // Appl. Surf. Sci. - 2005. - Vol. 241. - P. 213-217.

128. Ferrando, R. Nanoalloys: From Theory to Applications of Alloy Clusters and Nanoparticles / R. Ferrando, J. Jellinek, R.L. Johnston // Chem. Rev. - 2008. -Vol. 108. - P. 845-910.

129. Dorofeev, G.A. Thermodynamic Modeling of Mechanical Alloying in the Fe-Sn System / G.A. Dorofeev, E.P. Elsukov // Inorg. Mater. - 2000. - Vol. 36. -P. 1228-1234.

130. Stepanov, A.L. Fabrication of metal nanoparticles in sapphire by low-energy ion implantation / A.L. Stepanov, I.B. Khaibullin // Rev. Adv. Mater. Sci. -2005. - Vol. 9. - P. 109-129.

131. Increased Magnetic Moment Induced by Lattice Expansion from a-Fe to a'-Fe8N / I. Dirba, P. Komissinskiy, O. Gutfleisch, L. Alff // J. Appl. Phys. -2015. - Vol. 117. - P. 173911-1-5.

132. Morrish, A.H. The Physical Principles of Magnetism / A.H. Morrish. -Nashville, TN, USA: John Wiley & Sons, 2001. - 680 p.

133. Towards High-Performance Permanent Magnets without Rare Earths / M.D. Kuz'min, K.P. Skokov, H. Jian, [et al.] // J. Phys. Condens. Matter. -2014. - Vol. 26. - P. 064205-1-5.