Forschung: Struktur-Eigenschafts-Beziehung in dünnen Co2MnSi-Filmen als Funktion der Bestrahlung mit He+-Ionen

Die chemische Ordnung hat einen starken Einfluss auf die Eigenschaften eines Materials.  Daher ist das Verständnis und die Kontrolle der Struktur-Eigenschafts-Beziehung ein entscheidender Faktor für deren Verwendung in High-End-Anwendungen.  Ein Weg, um die Struktur von Funktionsmaterialien zu verändern, ist die Bestrahlung mit leichten Ionen, um so ihre magnetischen Eigenschaften zu verändern.  Um einen Einblick in die Struktur-Eigenschafts-Beziehung des potentiellen halbmetallischen Ferromagneten Co₂MnSi zu erhalten, haben wir eine Kombination aus Magnetometrie, Kernmagnetresonanzspektroskopie (NMR) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) angewendet, um dünne Co₂MnSi Filme zu untersuchen, die mit He⁺-Ionen bestrahlt wurden.  Während NMR die lokale Umgebung der untersuchten Kerne über das gesamte Probenvolumen untersucht, liefert TEM strukturelle Informationen zu ausgewählten Bereichen der Probe. Die Veränderung der (lokalen) Struktur als Funktion des Ionenflusses hängt wiederum mit den makroskopischen magnetischen Eigenschaften zusammen. Mit Hilfe der NMR beobachten wir insbesondere ausgehend von einer L2₁ Struktur eine zunehmende Bildung des A2 Strukturtyps als Funktion der Bestrahlung.  Komplementäre HRTEM-Analyse zeigt, dass die A2 Ordnung im oberen Teil der Filme beginnt.  Diese Veränderung der Struktur führt wiederum dazu, dass das gemessene magnetische Moment der Sättigung als Reaktion auf die durch He⁺-Ionen-Bestrahlung zunehmende Unordnung abnimmt.  Diese Arbeit zeigt, dass die Kombination einer Strukturanalyse durch NMR, die eine quantitative Bestimmung der Phasenfraktionen und lokalen Umgebungen über das gesamte Probenvolumen ermöglicht,  mit TEM, die eine lokale Bildgebung bis hin zur atomaren Skala ermöglicht, eine hervorragende Methodik zur Aufklärung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen ist.

F. Hammerath, R. Bali, R. Hübner, M. R. D. Brandt, S. Rodan, K. Potzger, R. Böttger, Y. Sakuraba, S. Wurmehl,
Structure-property relationship of Co₂MnSi thin films in response to He⁺-irradiation,
Sci. Rep. 9, 2766 (2019)