Pulsní laserová depozice LuFeO₃ studovaná rtg rozptylem během růstu

V. Holý¹, L. Horák¹, V. Gabriel², P. Kocán², S. Bauer³, B. Nergis³, T. Baumbach³

¹Katedra fyziky kondenzovaných látek, Matematickofyzikální fakulta, Univerzita Karlova, Ke Karlovu 5, 121 16 Praha, Česká republika

²Katedra fyziky povrchů a plazmatu, Matematickofyzikální fakulta, Univerzita Karlova, V Holešovičkách 2, 180 00 Praha, Česká Republika

^šInstitute for Photon Science and Synchrotron Radiation, Karlsruhe Institute of Technology, Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen, Germany

holy@mag.mff.cuni.cz

Hexagonální LuFeO₃ je typickým příkladem multiferoického oxidu, který vykazuje ferroelektrické a magnetické uspořádání při pokojové teplotě. Tenké vrstvy multiferoických oxidů se připravují pulsní laserovou depozicí (PLD). Ve srovnání s molekulární epitaxy (MBE) představuje metoda PLD vysoce nerovnovážný proces, a přesto umožňuje získat tenké epitaxní vrstvy s hladkým povrchem, jejichž strukturní kvalita se blíží vrstvám získaným metodou MBE. Tento experimentální fakt není dosud úplně objasněn a metoda PLD proto vyžaduje další zkoumání.

Předkládaný referát popisuje výsledky měření rtg rozptylu (rtg difrakce, metoda GISAXS a rtg relexe) během PLD depozice vrstev LuFeO₃ na různých substrátech (safír, safír/Pt, YSZ). Měření bylo provedeno v PLD růstové komoře umístěné na NANObeamline synchrotronu KARA (KIT Karlsruhe).

Elementární buňka hexagonálního LuFeO₃ je centrovaná, a tedy difrakce 000L (L je liché) je zakázaná. Toto extinkční pravidlo platí v bulkových vzorcích; v tenkých vrstvách je splněno, pokud vrstva obsahuje sudý počet monomolekulárních vrstev. Měření časového vývoje intenzity takové zakázané difrakce (0003 v našem případě) je proto důležité pro sledování kinetiky růstu vrstvy. Obrázek 1 ukazuje příklad experimentálních dat a jejich fit fenomenologickým růstovým modelem.

Obrázek 1. (a) Časový vývoj intenzity zakázané difrakce 0003 během PLD růstu, parametr křivek je kmitočet laserových záblesků v Hz. Tečky jsou naměřená data, barevné křivky jsou výsledky fitu růstovým modelem. (b) Šířky časových profilů pokrytí jednotlivých monovrstev.

Pro analýzu naměřených dat jsme vyvinuli kvazi-fenomenologický růstový model založený na numerickém řešení stochastických rovnic růstu. Výsledkem simulací je časová závislost pokrytí jednotlivých monomolekulárních vrstev. Tato závislost vykazuje škálovací exponenty, jejichž hodnoty jsou charakteristické pro převažující atomistické procesy na povrchu (nukleace zárodků, desorpce molekul z povrchu, připojení molekul k monomolekulárním schodkům). Srovnáním s experimentálními daty získanými pro různé kmitočty záblesků růstového laseru a různé teploty substrátu jsme sledovali závislosti těchto atomistických procesů na parametrech depozice.

V. Gabriel, P. Kocán, V. Holý, Phys. Rev. E 102, 063305 (2020)

V. Gabriel, P. Kocán, V. Holý, Phys. Rev. E 106, 035302 (2022)

V. Gabriel, P. Kocán, S. Bauer, B. Nergis, A. Rodrigues, L. Horák, X. Jin, R. Schneider, T. Baubach, V. Holý, Sci. Reports 12, 5647 (2022)

Práce byla podpořena projektem GAČR 19-10799J, projektem NanoCent (ERDF, Project No. CZ.02.1.01/0.0/0.0/15.003/0000485) a projekty DFG SCHN 669/1-1, BA 1642/8-1.