Nanoszerkezetek vizsgálata és módosítása ionsugarakkal = Investigation and modification of nanostructures by ion beam

A nanoszerkezetek (nm-es dimenziójú rendszerek) mind a szilárdtestfizikai alapkutatás, mind pedig a technológiai alkalmazások szempontjából érdekesek. A nanoszerkezetek közé tartozik minden olyan szerkezet, amelynek egy vagy több dimenziója esik a nm-es mérettartományba, így a rétegszerkezetek, a nanokristályok vagy a porózus szerkezetek is. A kísérleteink tárgyát képező különféle nanoszerkezeteket - mind a fémes, félvezető és szigetelő rétegek és hordozók esetén - a technológiai szempontból érdekes problémák alapján választottuk. Vizsgáltuk a GMR tulajdonságot mutató Fe/Ag rendszert, orvosi implantátumok anyagaiként használható vanádiummentes titánötvözeteket oxidációs tulajdonságait, félvezető anyagokban az ionimplantációval okozott hibastruktúrákat, gyémántszerű szénrétegeket, a SiO2-ba implantált hélium viselkedését, mágneses nanohuzalokat, halak fülkövét (otolith), granuláris nanokompozitok mágneses és transzport tulajdonságait. A mérések kiértékeléséhez folyamatosan fejlesztettük kiértékelő programjainkat, ezek közül kiemelhető a nanoszerkezeteken történő visszaszórási spektrometria értelmezésére használható RBS-MAST program továbbfejlesztése. | The nanostructures (systems with nm dimension) are interesting also for fundamental research in solid-state physics and for the technological applications. All structures, for which one and more dimensions fall into the nm size ranges are called nanostructures eg., layer structures, nanocrystals and porous materials. Various nanostructures are subject of our experiments - metallic, semi-conductor and insulating layers on substrates. All of them were chosen as technologically interesting problems. Fe/Ag systems showing GMR characteristic, magnetic nanowires, magnetic and transport properties of granular nanocomposits, oxidising properties of vanadium free titanium alloys as the substances of medical implants, diamond-like carbon layers, ion implantation induced damage in semiconductor materials, the behaviour of ion implanted helium in SiO2 and the ear stones of fish (otolith) were investigated. To interpret the measurements our programs were developed further, we may stress the importance of RBS-MAST code, which is used for backscattering spectrometry on the nanostructures

Csatolási, anizotrópia és domén-jelenségek mágneses vékonyrétegekben = Coupling, anisotropy and domain phenomena in magnetic thin films

Antiferromágnesesen (AF) csatolt fémes multirétegek fontos szerepet játszanak mind az alapkutatásban, mind a mágneses adatrögzítésben és szenzorikában. A projekt célja volt egyes, az óriás mágneses ellenállás (GMR) jelenségén alapuló nanoeszközök teljesítőképességét befolyásoló csatolási és mágneses anizotrópia tulajdonságok, valamint mágneses doménjelenségek felderítése. Kísérleti módszereink a mágnesezettség és a mágneses ellenállás mérése, a neutronreflektometria, a szinkrotron-Mössbauer-reflektometria (SMR) és a Mössbauer-polarimetria voltak. A projekt főbb eredményei: Azonosítottuk a szuperparamágneses tartományok GMR-járulékát elektrolitikusan leválasztott Co/Cu multirétegekben, módszert dolgoztunk ki annak elkülönítésére és minimalizálására. Felderítettük az AF-domének érésének mechanizmusát erősen csatolt Fe/Cr multirétegekben, igazoltuk abban a koercitív erő szerepét. A "túltelítési doménmemória-hatást" a réteg-réteg-csatolás laterális eloszlásával magyaráztuk. Két új doménátalakulást, a hőmérsékletindukált érést és a komplex durvulást találtuk meg és elemeztük. Kifejlesztettük az érés Monte Carlo-szimulációját és általános sejtautomata-modelljét. Megalkottuk a diffúz SMR teljes DWBA-elméletét és -algoritmusát. Kidolgoztuk a laboratóriumi és a szinkrotronos vékonyréteg-Mössbauer-polarimetria elveit és a módszereket Fe/Cr és Fe/Gd multirétegek csatolási tulajdonságainak vizsgálatára alkalmaztuk. Megépítettük és beüzemeltük a világ első CEMS polarimétereit. | Antiferromagnetically (AF) coupled metallic multilayers play an important role in fundamental science as well as in magnetic recording technology and sensorics. The project aimed at clarifying coupling and magnetic anisotropy properties and also magnetic domain phenomena influencing the performance of nanodevices based on giant magnetoresistance (GMR). Experimental methods included measurement of magnetisation and magnetoresistance, neutron reflectometry, synchrotron Mössbauer reflectometry (SMR) and Mössbauer polarimetry. Main results of the project: GMR contribution of superparamagnetic regions in electrodeposited Co/Cu multilayers was identified; a method was developed for separating and minimising it. The mechanism of ripening of AF domains in strongly-coupled Fe/Cr multilayers was elucidated and the role of coercivity was demonstrated. 'Supersaturation memory effect' was ascribed to lateral distribution of the layer-layer coupling. Two new domain transformations, viz. temperature-induced ripening and complex coarsening were found and analysed. A Monte Carlo simulation and a general cellular automaton model of ripening were developed. Full DWBA theory and algorithm of diffuse SMR were established. Principles of laboratory and synchrotron thin-film Mössbauer polarimetry were elaborated and the methods were applied to studying coupling properties of Fe/Cr and Fe/Gd multilayers. The world's first CEMS polarimeters were built and put into operation

Gas Antisolvent Fractionation: A New Approach for the Optical Resolution of 4-chloromandelic Acid

A new, rapid optical resolution method of 4-chloromandelic acid is presented using (R)-1-phenylethanamine as the resolving agent. Gas antisolvent fractionation was investigated as the separation method, studying the effect of pressure, temperature and carbon dioxide to organic solvent mass ratio in details. Generally, the method offers green operation using supercritical carbon dioxide as the precipitative agent, and can be less time- and organic solvent-intensive than conventional processes. By upscaling, the possibility of controlling the crystal-morphology might also be improved. At 16 MPa, 40 °C and 7.5 carbon dioxide to methanol ratio 72 % enantiomeric excess was reached in the crystalline product, along a 73 % yield. The resolution efficiency was not affected by any of the operational parameters. Enantiomeric enrichment beyond 90 % can be carried out by repeated resolution of a scalemic mixture of the acid. Solid products were investigated using differential scanning calorimetry, powder X-ray diffraction and scanning electron microscopy confirming the formation of a crystalline (R)-1-phenylethanammonium-4-chloromandelate salt

Nanosecond resistive switching in Ag/AgI/PtIr nanojunctions

Nanometer-scale resistive switching devices operated in the metallic conductance regime offer ultimately scalable and widely reconfigurable hardware elements for novel in-memory and neuromorphic computing architectures. Moreover, they exhibit high operation speed at low power arising from the ease of the electric-field-driven redistribution of only a small amount of highly mobile ionic species upon resistive switching. We investigate the memristive behavior of a so-far less explored representative of this class, the Ag/AgI material system in a point contact arrangement established by the conducting PtIr tip of a scanning probe microscope. We demonstrate stable resistive switching duty cycles and investigate the dynamical aspects of non-volatile operation in detail. The high-speed switching capabilities are explored by a custom-designed microwave setup that enables time-resolved studies of subsequent set and reset transitions upon biasing the Ag/AgI/PtIr nanojunctions with sub-nanosecond voltage pulses. Our results demonstrate the potential of Ag-based filamentary memristive nanodevices to serve as the hardware elements in high-speed neuromorphic circuits