Self-assembly of magnetic nanostructures on layer surface of In2Se3 layered crystals intercalated by cobalt

  • А. П. Бахтінов Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Чернівецьке відділення
  • В. Б. Боледзюк Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Чернівецьке відділення
  • З. Д. Ковалюк Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Чернівецьке відділення
  • З. Р. Кудринський Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Чернівецьке відділення
  • О. С. Литвин Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова
  • А. Д. Шевченко Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова
Keywords: magnetism, semiconductors, layered crystals, self-assembly of nanostructures, intercalation

Abstract

We report on magnetic properties of CoxIn2Se3 layered crystals intercalated by cobalt. The electrochemical intercalation was carried out in the presence of external magnetic field and without it. In addition, morphology of the van der Waals surfaces of the crystal layers was studied as well. It was established that ferromagnetic ordering at room temperature is observed only in the crystals which were intercalated in the presence of external magnetic field. The crystals are a nanocomposite material that consists of a layered matrix and arrays of Co nanorings and nanowires formed on the van der Waals surfaces of In2Se3 layers. We investigate self-organisation of Co magnetic nanostructures on the van der Waals surfaces of layered semiconductor crystals during electrochemical intercalation in the presence of external magnetic field and magnetic properties of such structures.

 

 

Downloads

Download data is not yet available.

Author Biographies

А. П. Бахтінов, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Чернівецьке відділення
с.н.с.
В. Б. Боледзюк, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Чернівецьке відділення
с.н.с.
З. Д. Ковалюк, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Чернівецьке відділення
с.н.с.
З. Р. Кудринський, Інститут проблем матеріалознавства НАН України, Чернівецьке відділення
с.н.с.
О. С. Литвин, Інститут фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова
с.н.с.
А. Д. Шевченко, Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова
с.н.с.

References

Dietl T. Origin and control of ferromagnetism in dilute magnetic semiconductors and oxides (invited)//Jour. of Appl. Physics. – 2008. – Vol. 103, № 7. – P. 07D111(1) – 07D111(6).

Slynko V.V., Khandozhko A.G., Kovalyuk Z.D., Slynko V.E., Zaslonkin A.V., Arciszewska M., Dobrowolski W. Ferromagnetic states in the In1-xMnxSe layered crystal//Physical Review B. – 2005. – Vol. 71, № 24. – P. 245301(1)-45301(5).

Стахира И.М., Товстюк Н.К., Фоменко В.Л., Цмоць В.М., Щупляк А.Н. Структура и магнитные свойства монокристаллов InSe, интеркалированных никелем//ФТП. – 2008. – Т. 45, № 10. – С. 1308-1313.

Moraes A.R., Mosca D.H., Mattoso N., Guimaraes J.L., Klein J.J., Schreiner W.H., Sousa P.E.N., Oliveira A.J.A., Vasconcellos M.A.Z., Demaille D., Eddrief M., Etgens V.H. Iron clustering in GaSe epilayers grown on GaAs(111)B//Jour. of Physics: Condensed Matter. – 2006. – Vol. 18, № 4. – P. 1165-1174.

Григорчак И.И., Ковалюк З.Д., Юрценюк С.П. Получение и свойства интеркалированных слоистых соединений типа АIIIBVI//Изв. АН СССР. Сер. Неорган. матер. – 1981. – Т. 17, № 3. – С. 412-415.

Тонтегоде А.Я., Рутьков Е.В. Интеркалирование атомами двумерной графитовой пленки на металлах// УФН. – 1993. – Т. 163, № 11. – С. 57-74.

Покладок Н.Т., Григорчак И.И., Бужук Я.М. Интеркалатные структуры с delta-топологической зоной чередующихся полупроводников и магнитоактивных нанослоев и их импедансное поведение в магнитном и электрическом поле//ЖТФ. – 2010. – Т. 80, № 2. – С. 77-82.

Ковалюк З.Д., Боледзюк В.Б., Шевчик В.В., Каминский В.М., Шевченко А.Д. Ферромагнетизм слоистых полупроводников GaSe, интеркалированных кобальтом//ФТП. – 2012. – Т. 46, № 8. – С. 995-998.

Bedanta S., Kleemann W. Supermagnetism//J. of Physics D: Appl. Physics. – 2009. – Vol. 42, №1. – P. 013001(1)-013001(28).

Jaegermann W., Klein A., Pettenkofer C. Electronic properties of van der Waals-epitaxy films and interfaces//In book: Electron Spectroscopies Applied to Low-Dimentional Materials: Physics and Chemistry of Materials with Low-Dimentiоnal Structures/Ed. by Hughes H.P., Starnberg H.I. – Netherlands: “Kluwer Academic Publishers”. – 2002. – P. 317-402.

Chitu L., Chushkin Y., Luby S., Majkova E., Leo G., Sayka A., Giersig M., Hilgendorff M. Effect of magnetic field on self-assembling of colloidal Co magnetic nanoparticles//Applied Surface Science. – 2006. – Vol. 252, № 15. – P. 5559-5562.

Legrand J., Ngo A.T., Petit C., Pileni M.P. Domain shapes and superlattices made of cobalt nanocrystals// Advanced Materials. – 2001. – Vol. 13, № 1. – P. 58-62.

Germain V., Richardi J., Ingert D., Pileni M.P. Mesostructures of cobalt nanocrystals. 1. Experiment and theory//Journal of Physical Chemistry B. – 2005. – Vol. 109, № 12. – P. 5541-5547.

Niu H., Chen Q., Zhu H., Liu Y., Zhang X. Magnetic field-induced growth and self-assembly of cobalt nanocrystallites//J. of Materials Chemistry. – 2003. – Vol. 13, № 7. – P. 1803-1805.

Tripp S.L., Pusztay S.V., Ribbe A.E., Wei A. Selfassembly of cobalt nanoparticle rings//J. of the American Chemical Society. – 2002. – Vol. 124, № 27. – P. 7914-7915.

Athanassiou E.K., Grossmann P., Grass R.N., Stark W.J. Template free, large scale synthesis of cobalt nanowires using magnetic fields for alignment//Nanotechnology. – 2007. – Vol. 18, № 16. – P. 165606(1)- 165606(7).

Kura H., Sato T., Takahashi M., Ogawa T. Effect of coalescence on ordering and c-axis orientation of FePt, FePtAu, and FePtCu nanoparticles heattreated in magnetic field//Japanese J. of Appl. Physics. – 2008. – Vol. 47, № 5. – P. 3466-3470.

Sanchez-Barriga J., Lucas M., Radu F., Martin E., Mutigner M., Marin P., Hernando A., Rivero G. Interplay between the magnetic anisotropy contributions of cobalt nanowires//Physical Rev. B.–2009.–Vol. 80, № 18.–P. 184424(1)-84424(8).

Антропова Т.В., Анфимова И.Н., Голосовский И.В., Кибалин Ю.А., Набережнов А.А., Поречная Н., Пшенко О.А., Филимонов А.В. Структура магнитных нанокластеров в железосодержащих щелочно-боросиликатных стеклах//ФТТ.– 2012.– Т. 54, № 10. – С.1977-1982.

Касюк Ю.В., Федотова Ю.А., Свито И.А., Калинин Ю.Е., Ситников А.В. Влияние ближнего порядка в наночастицах FeCoZr на электрические и магнитотранспортные свойства нанокомпозитов FeCoZr-CaF2//ФТТ. – Т. 54, № 10. – С. 1963-1970.

Julien C.M., Balkanski M. Lithium reactivity with III-VI layered compounds//Materials Science and Engineering: B. – 2003. – Vol. 100, № 3. – P. 263-270.

Cechal J., Tomanec O., Skoda D., Konakova K., Hrncir T., Mach J., Kolibal M., Sicola T. Selective growth of Co islands on ion beam induced nucleation centers in a native SiO2 film//J. of Appl. Phys. – 2009.–Vol. 105, № 8. – P. 084314(1)084314(6).

Steinmuller S.J., Vaz C.A.F., Strom V., Moutafis C., Gurtler C., Klaui M., Bland J.A.C., Cui Z. Influence of substrate roughness on the magnetic properties of thin fcc Co films//J. of Appl. Physics. –2007.–Vol. 101, № 9.–P. 09D113(1)-09D113(3).

Бахтинов А.П., Водопьянов В.Н., Нетяга В.В., Литвин О.С. Электрические свойства гибридных структур (ферромагнитный метал)-(слоистый полупроводник) Ni/p-GaSe//ФТП. – 2010. – Т. 44, № 2. – С. 180-193.

Eddrief M., Wang Y., Etgens V. H., Mosca D.H., Maurice J.-L., Jeorge J., Fert A., Bourgognon S. Epitaxial growth and magnetic properties of Fe (111) films on Si (111) substrate using a GaSe (001) template//Physical Review B. – 2001. – Vol. 63, № 9. – P. 094428(1)-094428(9).

Куранов А.В., Плещев В.Г., Титов А.Н., Баранов Н.В., Красавин Л.С. Влияние интеркаляции 3d-элементами на структуру и физические свойства диселенида титана M xTiSe2 (M = Cr, Fe, Co)//ФТТ. – 2000. – Т. 42, № 11. – С. 2029-2032.

Kodama N., Hasegawa T., Okawa Y., Tsuruoka T., Joachim C., Aono M. Electronic states of sulfur vacancies formed on a MoS2 surface// Japanese Journal of Applied Physics. – 2010. – Vol. 49, № 8. – P. 08LB01(1)-08LB01(4).

Бахтинов А., Водопьянов В., Слынько Е., Ковалюк З., Литвин О. Самоорганизация наноструктур теллуридов свинца и олова на Вандер-Ваальсовой поверхности селенида галлия (0001)//Письма в ЖТФ. – 2007. – Т. 33, № 2. – С. 80-88.

Дмитриев А.И., Вишняк В.В., Лашкарев Г.В., Карбовский В.Л., Ковалюк З., Бахтинов А.П. Исследование морфологии ван-дер-ваальсовой поверхности монокристалла InSe//ФТТ. – 2011. – Т. 53, № 3. – С. 579-589.

Delawski E., Parkinson B.A. Layer-by-layer etching of two-dimensional metal chalcogenides with the atomic force microscope//Journal of the American Chemical Society. – 1992. – Vol. 114, № 5. – P. 1661-1667.

Бахтинов А.П., Кудринский З.Р., Литвин О.С. Морфология наноструктур, сформированных на ван-дер-ваальсовой поверхности слоистых кристаллов GaSe, отожженных в парах серы //ФТТ. – 2011. – Т. 53, № 10. – С. 2045-2050.

Бахтинов А.П., Водопьянов В.Н., Иванов В., Ковалюк З.Д., Литвин О.С. Влияние внешних воздействий на самоорганизацию наноструктур теллуридов свинца и олова на поверхности (111) BaF2 в условиях, близких к термодинамическому равновесию//ФТТ. – 2013. – Т. 55, № 1. – С. 163-176.

Liao Q., Zhang H.J., Wu K., Li H.Y., Bao S.N., He P. Nucleation and growth of monodispersed cobalt nanoclusters on graphene moirй on Ru (0001)//Nanotechnology. – 2011.– Vol. 22, № 12. – P. 125303(1)-125303(6).

Cai J-W., Ocamoto S., Kitakami O., Shimada Y. Large coercivity and surface anisotropy in MgO/ Co multilayer films//Physical Review B. – 2001. – Vol. 63, № 10. – P. 104418(1)-104418(7).


Pirota K.R., Vazquez M. Arrays of electroplated multilayered Co/Cu nanowires with controlled magnetic anisotropy//Advanced Engineering Materials. – 2005. – Vol. 7, № 12. – P. 1111-1113.

Billas I.M.L., Chatelain A., Heer W.A. Magnetism from the atom to the bulk in iron, cobalt, and
nickel clusters//Science. – 1994. – Vol. 265, № 5179. – P. 1682-1684.

Ростовщикова Т.Н., Смирнов В., Кожевин В., Явсин Д.А., Гуревич С.А. Межкластерные взаимодействия в катализе наноразмерными частицами металлов//Российские нанотехнологии. – 2007. – Т. 2, № 1-2. – С. 47-60.

Stannard A. Dewetting-mediated pattern formation in nanoparticle assemblies//J. of Physics.: Condensed Matter. – 2011. – Vol. 23, № 8. – P. 083001(1)-083001(19).

Whitney T.M., Jiang J., Searson P.C., Chien C.L. Fabrication and magnetic properties of arrays of metallic nanowires//Science. – 1993. – Vol. 261, № 5126. – P. 1316-1319.

Salac D., Lu W. Ordering of metallic quantum dots//Applied Physics Letters. – 2006. – Vol. 89, № 7. – P. 073105(1)-073105(3).

Ahmad S.N., Shaheen S., Rao S., Magana D., Strouse G.F. Effect of polarity of self-assembled monolayers on morphology and magnetic properties of a deposited magnetic material//Journal of Applied Physics. – 2008. – Vol. 103, № 7. – P. 07B507(1)-07B507(3).

Dumas-Bouchiat F., Nagaraja H., Rossignol F., Champeaux C., Trolliard G., Catherinot A., Givord D. Cobalt cluster-assembled thin films deposited by low energy cluster beam deposition: Structural and magnetic investigations of deposited layers//Journal of Applied Physics. – 2006. – Vol. 100, № 6. – P. 064304(1)-064304(3).

Ignatiev P.A., Negulyaev N.N., Smirnov A.S., Niebergall L., Saletsky A.M., Stepanyuk V.S. Magnetic ordering of nanocluster ensembles promoted by electronic substrate-mediated interaction: Ab initio and kinetic Monte Carlo studies/ /Physical Review B. – 2009. – Vol. 80, № 16. – P. 165408(1)-165408(7).

Castano F.J., Morecroft D., Ross C.A. Lowfield giant magnetoresistance in layered magnetic rings//Physical Rev. B. – 2006. – Vol. 74, № 22. – P. 224401(1)-224401(9).
Published
2017-07-28
How to Cite
Бахтінов, А. П., Боледзюк, В. Б., Ковалюк, З. Д., Кудринський, З. Р., Литвин, О. С., & Шевченко, А. Д. (2017). Self-assembly of magnetic nanostructures on layer surface of In2Se3 layered crystals intercalated by cobalt. Journal of Surface Physics and Engineering, 11(1), 78 - 90. Retrieved from https://periodicals.karazin.ua/pse/article/view/8787