Ultra-high vacuum dc magnetron sputter-deposition of 0001-textured trigonal α-Ta2C/Al2O3(0001) thin films

We report on the effects of substrate temperature (1073 K ≤ T s ≤ 1373 K) and deposition time t (= 3 ~ 30 min.) on the crystallinity of Ta2C/Al2O3(0001) thin films grown via ultra-high vacuum direct current magnetron sputtering of TaC target in 20 mTorr (2.7 Pa) pure Ar atmospheres. Using X-ray diffraction and transmission electron microscopy, we determine that the layers are 0001-oriented, trigonal-structured α-Ta2C at all T s. With increasing T s, we obtain smoother and thinner layers with enhanced out-of-plane coherency and decreasing unit cell volume. Interestingly, the Ta2C 0001 texture improves with increasing T s up to 1273 K above which the layers are relatively more polycrystalline. At T s = 1373 K, during early stages of deposition, the Ta2C layers grow heteroepitaxially on Al2O3(0001) with (0001)Ta2C‖(0001)Al2O3 and [101¯0]Ta2C‖[112¯0]Al2O3 . With increasing t, we observe the formation of anti-phase domains and misoriented grains resulting in polycrystalline layers. We attribute the observed enhancement in 0001 texture to increased surface adatom mobilities and the development of polycrystallinity to reduced incorporation of C in the lattice with increasing T s. We expect that our results help develop methods for the synthesis of high-quality Ta2C thin films

Enhanced Negative Thermal Expansion Induced by Simultaneous Charge Transfer and Polar-Nonpolar Transitions

BiNi_1-x_Fe_x_O_3_の結晶構造、電荷分布、負熱膨張特性の研究を実施した。低温では極性を持ち、Bi3+_0.5(1+x)_Bi5+_0.5(1-x)_Ni2+_1-x_Fe3+_x_O_3_の電荷分布とBi3+/Bi5+の短距離秩序を示す。昇温過程における電荷移動による体積減少量は、Bi5+-Ni2+間の電荷移動に影響するFe3+への置換量xが増加すると減少する。しかし0.25<x<0.5の領域では極性-非極性転移によって負熱膨張が引き起こされ、この電荷移動と同時に起こる極性-非極性転移は負熱膨張とxに依存しない約2%の体積減少に寄与している。本研究によって世界で初めて同時に起こる2つメカニズムによる不熱膨張が観測された

Japanese Community for Open and Reproducible Science (JCORS)

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