Magnetic Properties of Cobalt in Deposited CoPt Clusters and Nanoparticles

Abstract

The magnetic properties of in situ prepared size selected sub-nm CoPt clusters on magnetic substrates and of wet chemically synthesized 3.7 nm to 8.4 nm diameter CoPt nanoparticles on silicon in an external field of up to 7 T, were investigated with x-ray magnetic circular dichroism (XMCD). The magnetic moments were extracted using the XMCD sum rules, while some electronic properties, especially the oxidization state of the wet chemically prepared particles could be obtained from the x-ray absorption measurements.

The magnetism of small deposited alloy clusters and particles may depend on their size, their composition and the substrate they are in contact with. The smaller the clusters, the stronger the expected effects, therefore the size selected clusters were deposited on a weakly and on a strongly exchange coupling substrate, while the composition and size of the clusters was changed. For the larger wet chemically prepared organic ligand covered nanoparticles besides the saturation magnetism, the oxidation state and the aging was investigated up to a 290 day time span.

The magnetic properties of sub-nm clusters change strongly with the substrate coupling. They show enhanced orbital moments when adding platinum to pure cobalt clusters, which is more pronounced at the weakly coupling substrate. The larger particles have a size independent magnetization, but show distinct aging behavior that can be explained with a core-shell model.

Die magnetischen Eigenschaften von in situ präparierten größenselektierten sub-nm CoPt clustern auf magnetischen Unterlagen, sowie die Eigenschaften von naßchemisch hergestellten 3.7 nm bis 8.4 nm durchmessenden CoPt Nanopartikeln deponiert auf Silizium Wafern in einem externen Magnetfeld bis zu 7 T, wurden mit zirkularem magnetischen Röntgendichroismus (XMCD) untersucht. Die magnetischen Momente wurden mit Hilfe der XMCD Summenregeln bestimmt, während einige elektronische Eigenschaften, speziell der Oxidationszustand der naßchemisch erzeugten Partikel aus den Röntgenabsorptionsmessungen gewonnen werden konnten.

Der Magnetismus kleiner deponierter Legierungs,-Cluster und -Partikel kann von deren Größe, der Zusammensetzung und der Unterlage abhängen. Je kleiner die Cluster sind, desto stärker sind die zu erwartenden Effekte, daher wurden die größenselektierten Cluster auf einer schwach und einer stark austauschwechselwirkenden Unterlage deponiert, während die Zusammensetzung und Größe der Cluster variiert wurde. Bei den größeren naßchemisch erzeugten, mit organischen Liganden überzogenen Nanopartikeln wurde neben der Sättigungsmagnetisierung, der Oxidationszustand und das Alterungsverhalten in einem Zeitintervall von bis zu 290 Tagen untersucht.

Die magnetischen Eigenschaften der sub-nm Cluster variieren stark mit der unterschiedlichen Austauschkopplung der Unterlage. Sie zeigen deutlich erhöhte Bahnmomente wenn man zu einem reinen Kobalt-Cluster Platin hinzu gibt; dieser Effekt ist bei geringerer Austauschkopplung der Unterlage stärker ausgeprägt. Die größeren Partikel besitzen eine größenunabhängige Magnetisierung, zeigen dafür jedoch deutliches Alterungsverhalten, welches mit einem Kern-Schalen-Modell beschrieben werden kann.