Une équipe de chercheurs de l'Université fédérale de Sibérie (SFU) a obtenu des films minces de cuivre/or et de fer/palladium et a étudié les réactions qui se produisent lors de leur chauffage. Connaissant ces processus, les scientifiques pourront améliorer les propriétés des matériaux actuellement utilisés en microélectronique. L'étude a été publiée dans le Journal de chimie à l'état solide .

Les matériaux à base de films métalliques minces sont largement utilisés en microélectronique. Les nanomatériaux à base de fer et de palladium ont des propriétés magnétiques uniques et peuvent potentiellement être utilisés pour l'enregistrement magnétique à haute densité d'informations. L'un des principaux facteurs qui affecte les propriétés des matériaux en couches minces est l'altération de la composition des phases à la suite de réactions chimiques et de réalignement de la structure atomique. Les travaux des chercheurs portent sur les réactions en phase solide dans des films métalliques minces à deux couches :cuivre/or (Cu/Au) et iro/palladium (Fe/Pl).

Les scientifiques ont obtenu les films Cu/Au et Fe/Pd dans le centre d'utilisation commune de SFU. Faire cela, ils ont utilisé la méthode de dépôt par faisceau d'électrons sous vide poussé, c'est-à-dire évaporer l'alliage à l'aide d'un faisceau d'électrons puis le déposer sur une base porteuse en couche mince. L'épaisseur de la couche peut être régulée. Après avoir obtenu les films, les scientifiques ont fait une expérience pour étudier le cours des réactions chimiques dans la région d'interface des éléments initiaux. Pour que les réactions aient lieu, les matériaux devaient être chauffés à des températures élevées, ce qui se faisait directement dans la colonne d'un microscope électronique à transmission. L'équipe a utilisé un porte-échantillon spécial qui permettait de contrôler le chauffage de chaque échantillon de la température ambiante à 1, 000°C. En plus du chauffage, l'équipe a enregistré des images de diffraction électronique et mesuré la température. Ainsi, les scientifiques ont réussi à combiner l'initiation de la réaction et l'enregistrement des changements dans une réaction en phase solide au sein d'une même expérience et à garantir une haute précision des données.

"Nous avons établi la valeur du paramètre d'ordre à longue distance et la température de la transition ordre-désordre dans les phases atomiquement ordonnées formées au cours de la réaction. Les atomes de ces phases forment des structures ordonnées de certaines formes. Nous avons également suggéré un mécanisme pour la formation de telles structures ordonnées. Par exemple, dans le cas du système Cu/Au, nous avons démontré comment la diffusion mutuelle du cuivre et de l'or sur les étapes initiales de la réaction conduit à l'affinement des grains des matériaux initiaux et à la formation de nanocristallites en solution solide Cu-Au au sein du matériau. Plus tard, une nouvelle structure ordonnée se produit et commence à se développer sur la base de ces composants, " explique Evgeny Moiseenko, un co-auteur de l'ouvrage, candidat en physique et mathématiques, et assistant de recherche à SFU.

Le travail des scientifiques aidera à identifier les caractéristiques des systèmes à couches minces étudiés qui peuvent être utilisés dans la conception de dispositifs microélectroniques.