In situ Transmission Electron Microscopy and Electron Diffraction Investigation of Solid-State Reactions and Atomic Ordering in Cu/Au Bilayer Nanofilms

Abstract

Solid-state reaction processes and atomic ordering in Cu/Au bilayer nanofilms (with the atomic ratio Cu:Au≈50:50) have been studied in situ by the methods of transmission electron microscopy and electron diffraction in the process of heating from room temperature up to 700 ºС at a heating rate of 4-8 ºС/min. The solid-state reaction between the nanolayers of copper and gold has been established to begin at 180 ºС. The process of atomic ordering has been shown to start simultaneously with the process of the formation of the disordered phase of Cu50Au50 at 245 ºС. The formation processes of the ordered phases of: CuAuI (L10 superstructure) and CuAuII (long period superstructure) have been studied, as well as the phase transition processes: disorder - order (the transition of the disordered structure into the ordered one) and order - disorder (the transition of the ordered structure into the disordered one).

Методами просвечивающей электронной микроскопии и дифракции электронов проведены in situ-исследования процессов твердофазных реакций и атомного упорядочения в двухслойных нанопленках Cu/Au (с атомным соотношением Cu:Au≈50:50) при нагреве от комнатной температуры до 700 ºС при скорости нагрева 4-8 ºС/мин. Установлено, что твердофазная реакция между нанослоями меди и золота начинается при 180 ºС. Показано, что процесс атомного упорядочения начинается одновременно с процессом формирования неупорядоченной фазы Cu50Au50 при 245 ºС. Исследованы процессы формирования атомно-упорядоченных фаз: CuAuI (L10 сверхструктура) и CuAuII (длинно-периодическая сверхструктура), а также процессы фазовых переходов беспорядок-порядок (переход неупорядоченной структуры в атомно-упорядоченную) и порядок-беспорядок (переход атомно-упорядоченной структуры в неупорядоченную)