MAGNETIC AND STRUCTURAL STUDIES OF FeSi MULTILAYERS IRRADIATED BY ARGON IONS

Abstract

STUDI STRUKTUR DAN MAGNETIK MULTILAPISAN FeSi YANG DIIRADIASI DENGAN ION ARGON. Telah dipersiapkan cuplikan multi lapisan tipis FeSi dengan menggunakan teknik sputtering dari plasma helicon untuk menyelidiki perilaku kopling antiferomagnetik antara lapisan Fe pada sandwiched dengan silikon sebagai spacers (lapisan pemisah). Pada cuplikan [Fe (2nm)/Si (1.5nm)]30 memperlihatkan bahwa kopling antara lapisan Fe bersifat feromegnetik. Untuk mengetahui pengaruh iradiasi ion, dilakukan pula iradiasi ion Argon pada tingkat energi 400 keV di AIST Japan. Kemudian pada cuplikan tadi diteliti sifat magnet dengan VSM (Vibrating Sample Magnetometer) dan CEMS (Convertion Electron Mössbauer Spectroscopy). Dari pengukuran dengan VSM diketahui magnetisasi jenuh pada as-deposit [Fe (2nm)/Si (1.5nm)]30 terlihat lebih kecil dibanding dengan bulk α-Fe (1700 emu pada suhu kamar). Diduga harga yang lebih kecil dari magnetisasi jenuh terkait dengan peristiwa atomic mixing pada daerah antar muka antara lapisan Fe dan Si. Harga magnetisasi jenuh terus berkurang sejalan dengan peningkatan dosis dari ion Argon. Dari data CEMS diketahui perilaku spektrum dari [Fe (2nm)/Si (1.5nm)]30 memperlihatkan adanya peak doublet yang berhimpitan dengan peak sextet. Diketahui peak doublet berkaitan dengan keberadaan fasa nonmagnetik Fe1-xSix pada daerah antar muka. Sebaliknya, distribusi medan hyperfine (Hhf) dapat diestimasi dari peak sextet dan harga Hhf yang kecil berkaitan denagn keberadaan fasa feromagnetik Fe1-xSix. Diketahui pula populasi fasa nonmagnetik Fe1-xSix pada spektrum CEMS tidak berubah dengan peningkatan dosis iradiasi ion Argon, tetapi harga Hhf menurun dengan peningkatan dosis ion Argon. Disini dapat disimpulkan telah terjadi peristiwa atomic mixing (pertukaran atom) yang peculiar (tidak biasa) pada daerah antar muka FeSi ketika dikenakan iradiasi ion Argon.

ABSTRACT

MAGNETICAND STRUCTURALSTUDIES OFFeSi MULTILAYERS IRRADIATED BY ARGON IONS. We prepared Fe/Si multilayers (MLs) by helicon plasma sputtering to investigate the antiferromagnetic couplings (AFC) between Fe layers sandwiched by Si spacers. [Fe (2nm)/Si (1.5nm)]30 MLs showed the ferromagnetic couplings (FC). The ion irradiation by 400 keV Ar ions was performed to [Fe (2nm)/Si (1.5nm)]30 MLs using AIST 400 keV ion implanter. The magnetic and structural properties were investigated by Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and Conversion Electron Mössbauer Spectroscopy (CEMS). The value of saturation magnetization in as-deposited [Fe (2nm)/Si (1.5nm)]30 MLs is smaller than that of bulk α-Fe (1700 emu at RT). This decrease of saturation magnetization implies an atomic mixing in the interface region. The values of saturation magnetization decrease with increasing Ar ion dose. The CEMS spectrum of [Fe (2nm)/Si (1.5nm)]30 MLs shows the doublet peaks overlapped with broad sextet peaks. The doublet peaks correspond to nonmagnetic Fe1-xSix phases formed in the interface region. On the other hand, the distribution of hyperfine fields (Hhf) was estimated from broad sextet peaks and smaller values of Hhf correspond to ferromagnetic Fe1-xSix phases. The amounts of nonmagnetic Fe1-xSix phases in CEMS spectra seem not to change with increasing Ar ion dose but the values of Hhf decrease with increasing Ar ion dose. These results indicate the peculiar atomic mixing by Ar ion irradiation in the interface region.