Elaboration of New Nanomaterials for Spintronic Applications

Abstract

In this study, we deposited nano-thin films of magnesium oxide (MgO) and silicon dioxide (SiO2) through minerals extracted from natural resources (rocks) and produced by the hydrothermal method at different deposition temperatures and in the presence of a change in the force of the applied external magnetic field, this with the aim of obtaining a new material that can be exploited in applications of Spintronics technology. The membranes produced were analyzed with different techniques: X-ray diffraction spectroscopy (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), Fourier transform infrared absorption spectroscopy (FTIR), and ultraviolet-visible spectroscopy (UV -Visible). The structural study using X-ray diffraction (XRD) spectroscopy shows that the prepared films have a polycrystalline structure such that MgO has a cubic phase with the detailed direction of growth [0 0 2] and the SiO2 films have a hexagonal structure in the detailed direction of growth [0 1 1], it also turns out that the difference in the deposition temperature did not change the nature of the crystalline structure, but rather changed the values of the network constants, the increase in deposition temperature leads to a decrease in the size of the crystalline grains, as well as network constants (a0, c0), with the exception of films deposited at 200°C, and in both cases, which leads to improved crystallization of the substance by removing grain boundaries and their coalescence. It has also been shown that the application of two fields opposite in direction results in an increase in the average grain size (G.S) values, and that the highest degree of crystallinity was in prepared films at 200°C when two opposite fields were applied in the direction. The scanning electron microscope proved that the topographic shape of the membrane depends mainly on the deposition temperature, because it affects the dimensions of the grains and therefore their geometric shape. Grain size and density decreases with increasing deposition temperature, with the exception of films deposited at 200°C when two fields in the same direction are applied and at 300°C when two fields in opposite directions are applied, it has also been shown that when two fields are directed in opposite directions, the physical distribution becomes more homogeneous and denser, the grains gradually fusing. EDX and FTIR analyses confirmed the presence of magnesium, oxygen and silicon in thin films, ultraviolet-visible radiation showed that the transmittance and energy gap increase with increasing deposition temperature and that their values register the highest increase when applying two opposite fields in the direction, with the exception of membranes deposited at 300°C when two opposite fields are applied in the direction, this is due to the increase in thickness, which means that the deposition rate and distribution of membrane material are affected by the applied external magnetic field, and this is due to the arrangement of molecules and atoms present in these membranes

Dans cette étude, nous avons déposé des films nano-minces d'oxyde de magnésium (MgO) et de dioxyde de silicium (SiO2) à travers des minéraux extraits de ressources naturelles (roches) et produits par la méthode hydrothermale à différentes températures de dépôt et en présence d'un changement de la force du champ magnétique externe appliqué, ceci dans le but d'obtenir un nouveau matériau pouvant être exploité dans des applications de la technologie Spintronics. les membranes produites ont été analysées avec différentes techniques : spectroscopie de diffraction des rayons X (DRX), microscopie électronique à balayage (MEB), spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX), spectroscopie d'absorption infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), spectroscopie ultraviolette-visible (UV-Visible). L'étude structurelle utilisant la spectroscopie de diffraction des rayons X (DRX) montre que les films préparés ont une structure polycrystalline telle que MgO a une phase cubique avec la direction détaillée de croissance [0 0 2] et les films SiO2 ont une structure hexagonale dans la direction détaillée de croissance [0 1 1], il s’avère également que la différence dans la température de dépôt n’a pas changé la nature de la structure cristalline mais a plutôt changé les valeurs des constantes du réseau, l'augmentation de la température de dépôt entraîne une diminution de la taille des grains cristallins, ainsi que des constantes de réseau (a0, c0), à l'exception des films déposés à 200°C, et dans les deux cas, ce qui conduit à ont amélioré la cristallisation de la substance par suppression des joints de grains et de leur coalescence. Il a également été montré que l'application de deux champs opposés dans la direction entraîne une augmentation des valeurs de la taille moyenne des grains (G.S), et que le degré de cristallinité le plus élevé se trouvait dans les films préparés à 200°C lorsque deux champs opposés étaient appliqué dans la direction. Le microscope électronique à balayage a prouvé que la forme topographique de la membrane dépend principalement de la température de dépôt, car elle affecte les dimensions des grains et donc leur forme géométrique. La taille et la densité des grains diminue avec l'augmentation de la température de dépôt, à l'exception des films déposés à 200°C lorsque deux champs dans la même direction sont appliqués et à 300°C lorsque deux champs dans des directions opposées sont appliqués, il a également été montré que lorsque deux champs sont dirigés dans des directions opposées, la répartition physique devient plus homogène et plus dense, les grains fusionnant progressivement. Les analyses EDX et FTIR ont confirmé la présence de magnésium, d'oxygène et de silicium dans les couches minces. Le rayonnement ultraviolet-visible a montré que la transmittance et gap d’énergie augmentent avec l'augmentation de la température de dépôt et que leurs valeurs enregistrent la plus forte augmentation lors de l’application de deux champs opposés dans la direction, à l'exception des membranes déposés à 300°C lorsque deux champs opposés sont appliqués dans la direction, cela est dû à l’augmentation de l’épaisseur, ce qui signifie que la vitesse de dépôt et la répartition du matériau de la membrane sont affectées par le champ magnétique externe appliqué, et cela est dû à la disposition des molécules et des atomes présents dans ces membranes