Niedertemperaturdiffusion, Festkörperreaktionen und chemische Ordnung in Mn-Al-Dünnfilmen

• Antragsteller: Dr. Igor Veremchuk
• Fachliche Zuordnung: Thermodynamik und Kinetik sowie Eigenschaften der Phasen und Gefüge von Werkstoffen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 511870118

Angesichts der Entstehung „grüner“ Spintronik im Zusammenhang mit den Umweltaspekten bei der Herstellung elementarer Ferromagnete wird viel Arbeit magnetischen Materialien gewidmet, die weder Seltenerdelemente noch elementare Ferromagnete noch Edelmetalle enthalten. In dieser Hinsicht gelten MnAl-Dünnfilme mit L10-Ordnung als sehr vielversprechend für ein breites Anwendungsspektrum, einschließlich Permanentmagneten, Komponenten für magnetische Tunnelkontakte oder mikroelektromechanischen Systeme. Für diese Anwendungen ist die Leistung von MnAl-Dünnfilmen derzeit im Vergleich zum Bulkmaterial und theoretischen Berechnungen häufig schlecht. Wir gehen davon aus, dass die Diskrepanz zwischen der Leistung des Bulkmaterial und des Dünnfilms (und den damit verbundenen theoretischen Vorhersagen) in der stark unterschiedlichen Stabilität der geordneten Phase und der unterschiedlichen Kinetik liegt, die für die Bildung der geordneten Phase in Dünnfilmen verantwortlich sind. Typischerweise umfassen die bestehenden Verfahren zur Herstellung von L10-MnAl-Dünnfilmen sowie von Bulkmaterialien Schritte, welche die Legierungssynthese unter thermodynamischen Bedingungen erfordern. Im Gegensatz dazu werden wir die Synthese durchführen, beginnend mit einer bei Raumtemperatur abgeschiedenen Mn/Al-Doppelschichten, die anschließend durch Ionenstrahlstrahlung in Kombination mit der Temperaturbehandlung fortgeführt werden, um die Bildung von strukturell geordnetem L10-MnAl-Phase in der kinetischen Grenze zu realisieren. Die grundlegende Untersuchung der Niedertemperaturbildung von Phasen in MnAl-Dünnfilmen unter kinetischen Grenzen ist die höchste Priorität des Projekts. Nachdem die optimierten Dünnfilme aus einer MnAl-Legierung auf der Grundlage einer diffusionsinduzierten Festkörperreaktion mit Korngrenzenmigration (DIGM-SSR) hergestellt wurden. Wir werden versuchen, austauschgekoppelte Verbundwerkstoffe (ECC) zu realisieren, die auf DIGM-SSR-hergestelltem MnAl (magnetisch harte Legierung) beruhen, dass an ein weiches Material gekoppelt ist. Der ultimative Vorteil unseres Konzepts besteht darin, die Phasenbildungstemperatur in gestapelten Mn/Al zu senken, indem die DIGM-gesteuerten SSR Niedertemperatur-Diffusionsprozesse durch die Ionenstrahlbehandlung leichter aktiviert werden. Zur Herstellung eines L10-MnAl-Dünnfilms unter Verwendung des DIGM-SSR-Mechanismus wird eine Mn/Al-Doppelschicht bei Raumtemperatur abgeschieden und nachgeglüht (<600°C). Die Abscheidung bei Raumtemperatur minimiert die Diffusion zwischen Metallschichten und es werden keine thermodynamisch stabilen binären MnAl-Phasen gebildet. Bisher wurde in der Literatur kein ähnlicher oder vergleichbarer Ansatz beschrieben. Vom fundamentalen Standpunkt aus werden wir nicht nur ein tiefes Verständnis der chemischen Transformation in Mn-Al-Dünnfilmen vermitteln, sondern wir werden auch in der Lage sein, ein geeignetes dünnfilmrelevantes Phasendiagramm bei niedrigen Temperaturen zu erstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Ukraine
• ausländischer Mitantragsteller: Dr. Igor Vladymyrskyi