Jurnal Sains Materi Indonesia Indonesian Journal of Materials Science Vol. 7, No. 1, Oktober 2005, hal : 42 - 46 ISSN : 1411-1098 42 MAGNETIC AND STRUCTURAL STUDIES OF FeSi MULTILAYERS IRRADIATED BY ARGON IONS Setyo Purwanto 1 , I. Sakamoto 2 , M. Koike 2 , H. Tanoue 2 and S. Honda 3 1 Materials Science and Technology Centre (Puslitbang Iptek Bahan) - BATAN Kawasan Puspiptek, Serpong 15314, Tangerang 2 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) Tsukuba, Japan 3 Shimane University, Nishikawatsu Matsue Shimane, Japan ABSTRACT MAGNETICAND STRUCTURALSTUDIES OF FeSi MULTILAYERS IRRADIATED BY ARGON IONS. We prepared Fe/Si multilayers (MLs) by helicon plasma sputtering to investigate the antiferromagnetic couplings (AFC) between Fe layers sandwiched by Si spacers. [Fe (2nm)/Si (1.5nm)] 30 MLs showed the ferromagnetic couplings (FC). The ion irradiation by 400 keV Ar ions was performed to [Fe (2nm)/Si (1.5nm)] 30 MLs using AIST 400 keV ion implanter. The magnetic and structural properties were investigated by Vibrating Sample Magnetometer (VSM) and Conversion Electron Mössbauer Spectroscopy (CEMS). The value of saturation magnetization in as-deposited [Fe (2nm)/Si (1.5nm)] 30 MLs is smaller than that of bulk -Fe (1700 emu at RT). This decrease of saturation magnetization implies an atomic mixing in the interface region. The values of saturation magnetization decrease with increasing Ar ion dose. The CEMS spectrum of [Fe (2nm)/Si (1.5nm)] 30 MLs shows the doublet peaks overlapped with broad sextet peaks. The doublet peaks correspond to nonmagnetic Fe 1-x Si x phases formed in the interface region. On the other hand, the distribution of hyperfine fields (H hf ) was estimated from broad sextet peaks and smaller values of Hhf correspond to ferromagnetic Fe 1-x Si x phases. The amounts of nonmagnetic Fe 1-x Si x phases in CEMS spectra seem not to change with increasing Ar ion dose but the values of H hf decrease with increasing Ar ion dose. These results indicate the peculiar atomic mixing by Ar ion irradiation in the interface region. Kata kunci : FeSi Multilayers, magnetic, irradiated by argon ions ABSTRAK STUDI STRUKTUR DANMAGNETIK MULTI LAPISAN FeSiYANGDI IRADIASI DENGAN ION ARGON. Telah dipersiapkan cuplikan multi lapisan tipis FeSi dengan menggunakan teknik sputtering dari plasma helicon untuk menyelidiki perilaku kopling antiferomagnetik antara lapisan Fe pada sandwiched dengan silikon sebagai spacers (lapisan pemisah). Pada cuplikan [Fe (2nm)/Si (1.5nm)] 30 memperlihatkan bahwa kopling antara lapisan Fe bersifat feromegnetik. Untuk mengetahui pengaruh iradiasi ion, dilakukan pula iradiasi ion Argon pada tingkat energi 400 keV di AIST Japan. Kemudian pada cuplikan tadi diteliti sifat magnet dengan VSM (Vibrating Sample Magnetometer) dan CEMS (Convertion Electron Mössbauer Spectroscopy). Dari pengukuran dengan VSM diketahui magnetisasi jenuh pada as-deposit [Fe (2nm)/Si (1.5nm)] 30 terlihat lebih kecil dibanding dengan bulk -Fe (1700 emu pada suhu kamar). Diduga harga yang lebih kecil dari magnetisasi jenuh terkait dengan peristiwa atomic mixing pada daerah antar muka antara lapisan Fe dan Si. Harga magnetisasi jenuh terus berkurang sejalan dengan peningkatan dosis dari ion Argon. Dari data CEMS diketahui perilaku spektrum dari [Fe (2nm)/Si (1.5nm)] 30 memperlihatkan adanya peak doublet yang berhimpitan dengan peak sextet . Diketahui peak doublet berkaitan dengan keberadaan fasa nonmagnetik Fe 1-x Si x pada daerah antar muka. Sebaliknya, distribusi medan hyperfine (H hf ) dapat diestimasi dari peak sextet dan harga H hf yang kecil berkaitan denagn keberadaan fasa feromagnetik Fe 1-x Si x . Diketahui pula populasi fasa nonmagnetik Fe 1-x Si x pada spektrum CEMS tidak berubah dengan peningkatan dosis iradiasi ion Argon, tetapi harga H hf menurun dengan peningkatan dosis ion Argon. Disini dapat disimpulkan telah terjadi peristiwa atomic mixing (pertukaran atom) yang peculiar (tidak biasa) pada daerah antar muka FeSi ketika dikenakan iradiasi ion Argon. Key words : Multi lapisan FeSi, magnetik, iradiasi ion Argon INTRODUCTION Since the first observation Antiferromagnetic Coupling (AFC) of Fe film separated by Cr or Au by Grunberg et.al[1], interlayer exchange interaction between ferromagnetic layer separated by a non magnetic