ELFT HÍRADÓ

[<szpl AT metal.elte.hu>]

ELTE Fizikai Intézet

                                ORTVAY KOLLOKVIUM

                    2015. május 14., csütörtök, 15:00-kor
                Az ELTE Pázmány Péter s. 1/A alatti épületében
                           földszinti 0.81 előadóban

                    Erdélyi Zoltán (Debreceni Egyetem)

        „Diffúzió, nukleáció és fázisnövekedés nanoskálán: mobilitás,
         feszültségek, rétegrend, nagy koncentráció gradiens hatása"

Kivonatos ismertetés:
Csökkenő karakterisztikus hosszak mellett növekszik a határfelületek sűrűsége 
mely jelentősen befolyásolhatja a nanostruktúrájú anyagok fizikai 
tulajdonságait. A határfelületek élessége, a határfelületeknél létrejövő 
fázisok kialakulásának és növekedésének ismerete kritikus lehet technológiai 
szempontból. A határfelületek vizsgálata azonban gyakran atomi szintű 
feloldású technikát igényel. Az előadásban bemutatott eredmények eléréséhez 
atompróba tomográfia (APT), másodlagos neutrálisrész tömegspektrometria 
(SNMS) és szinkrotron állóhullámos technikákat használtunk. Az előadás során 
röviden bemutatásra kerülnek ezek a technikák, valamint az ezekkel elért 
néhány érdekes eredmény:

i) Ni/Cu rétegekben APT módszer segítségével sikerült kimutatnunk, hogy a 
kezdetben diffúz határfelületek kiélesedtek a hőkezelés hatására, annak 
ellenére, hogy a Ni és a Cu ideális szilárdoldatot alkotnak, s így inkább 
a határfelületek elmosódottságának növekedését várnánk. [1]

ii) Al/Cu/Al és Cu/Al/Cu gömbi trirétegek APT vizsgálata során kiderült, 
hogy az intermetalikus fázis növekedési üteme a határfelületeknél 
nagymértékben függ a rétegrendtől. A megfigyeltek értelmezésére megalkottunk 
egy komplett, analitikus egyenletrendszert, mely alkalmas a szilárdtest 
reakció leírására mag-héj típusú gömbi nanostruktúrákban. A modell figyelembe 
veszi a rugalmas feszültségeket, azok plasztikus relaxációját és a 
nem-egyensúlyi vakanciasűrűséget. [2]

iii) Cu/Si/hordozó rétegekben érdekes módon azt kaptuk, hogy a minta 408 K-re 
történő felmelegítése, majd azonnali lehűtése során, szinte „robbanásszerűen” 
keletkezik egy kb. 20 nm vastag Cu3Si réteg. Ha nem hűtjük le a mintát, akkor 
18 óra hőkezelés szükséges ahhoz, hogy a Cu3Si réteg további 40 nm-t 
növekedjen. Ez a lassú növekedés viszont anomális kinetikájú, a reakcióréteg 
az idő négyzetgyökével arányosan növekszik. Fordított rétegrend (Si/Cu/hordozó)
esetében viszont nem figyelhető meg a „robbanásszerű” gyors növekedési 
szakasz. SNMS és APT technikák segítségével vizsgáltunk bi- és trirétegeket, 
majd pedig az eredményeket az irodalomban elérhető termodinamikai adatok 
alapján értelmeztük. A nukleációs folyamatot polimorfikus nukleációs módként 
azonosítottuk. [3, 4]

iv) Szilárdtest reakció során vagy a nukleáció, vagy az állandósult 
(steady state) növekedési szakaszt vizsgálják. Kísérletileg szinte kizárólag 
az utóbbit, a nukleációs szakasz vizsgálatára csak néhány példa van az 
irodalomban. A két szakasz közötti átmeneti rész vizsgálatára pedig egyáltalán 
nem található példa. Ezt a szakaszt vizsgáltuk Ni-Si és Co-Si rendszerekben 
XRD (x-ray diffraction), négypontos ellenállásmérés, GIXRF (grazing 
incidence x-ray fluorescence) és EXAFS (extended x-ray absorption fine s
tructure) spektroszkópia segítségével, fluoreszcencia detektálás mellett, 
hullámvezető geometriában. a-Si/Ni/a-Si és a-Si/Co/a-Si rétegekben vizsgáltuk 
a Ni2Si és CoSi fázisok növekedésének kezdeti szakaszát. Azt figyeltük meg, 
hogy egy Ni-Si 2:1 keveréke alakul ki a határfelületeken a minta gyártása 
során, de azok vastagsága különböző az a-Si/Ni és Ni/a-Si határfelületeknél. 
Hőkezelés során kristályos Ni2Si keletkezik, de meglepő módon a vastagabb 
Ni2Si gyorsabban növekszik, mint a vékonyabb. Hasonló megfigyelést tettünk 
az a-Si/Co/a-Si esetében is. A kísérleti eredmények értelmezésére 
számítógépes szimulációt végeztünk.



[1] Z. Balogh, M.R. Chellali, G.-H. Greiwe, G. Schmitz, Z. Erdélyi, APPL. 
PHYS. LETT. 99, 181902 (2011)

[2] Z. Erdélyi, G. Schmitz, ACTA MATERIALIA 60, 1807 (2012)

[3] B. Parditka, M. Verezhak, Z. Balogh, A. Csik, G.A. Langer, D.L. Beke, M. 
Ibrahim, G. Schmitz, Z. Erdélyi, ACTA MATERIALIA 61:(19) pp. 7173-7179. (2013)

[4] M Ibrahim, Z Balogh, P Stender, R Schlesiger, G H Greiwe, G Schmitz, B 
Parditka, G A Langer, A Csik, Z Erdélyi, ACTA MATERIALIA 76: pp. 306-313. 
(2014)

[5] Parditka B, Tomán J, Cserháti C, Jánosfalvi Zs, Csik A, Zizak I, 
Feyerherm R, Schmitz G, Erdélyi Z, ACTA MATERIALIA 87: pp. 111-120. (2015)