由等结构 Co4N 衍生面心立方钴的合成与研究

本工作展示由等结构 Co4N 衍生 fcc-Co（面心立方钴）的合成与研究。本工作中进行的扩散测量揭示，与其他过渡金属氮化物甚至一元氮化物 CoN 相比，N 在 Co4N 中的自扩散最为迅速。通过采用高衬底温度（Ts）生长或热退火温度（Ta），N 在 573 K 以上从 fcc-Co4N 中扩散出来，留下高纯度 fcc-Co 相。通常，Co 以 hcp（密排六方）结构生长，且（部分）hcp 到 fcc-Co 的相变发生在约 700 K 或高于 70 GPa。所提出的通过氮化和 N 扩散的路线不仅降低了相变温度，还可完全避免以 hcp-Co 形式存在的杂质。使用 dc 磁控溅射在石英衬底上以 CrN(111) 模板生长了取向的 Co4N(111) 薄膜。样品在不同 Ts 下生长，或将室温生长的 Co4N 样品在不同 Ta 下退火。使用 x 射线衍射、N K 边 x 射线吸收、x 射线光电子能谱和二次离子质谱的分析确认了 fcc-Co4N 或 fcc-Co 相的形成。发现 Co-N 键合与 N 浓度在高 Ts 或 Ta 下显著降低。结合 ex-situ（非原位）和 in-situ（原位）磁光克尔效应的磁化测量显示了 Co4N 与 fcc-Co 样品在磁各向异性和矫顽力上的差异。综合结构、电子与磁化测量，已观察到高纯度 fcc-Co 可借助 Co4N 中异常高的 N 自扩散方便地从等结构 Co4N 衍生。