Прогнозирование образования конкурирующих фаз при росте тонких пленок Cr2GaC на MgO(111)

Резюме: MAX-фазы представляют собой семейство тройных слоистых соединений с формальной стехиометрией Mn+1AXn (n = 1, 2, 3…), где М - переходный d-металл; А - p-элемент (например, Si, Ge, Al, S, Sn и др.); Х - углерод или азот [1]. Слоистые тройные карбиды и нитриды d- и p-элементов (MAX-фазы) проявляют уникальное сочетание свойств, характерных как для металлов, так и для керамики, что делает их применение перспективным в космической отрасли в качестве различных покрытий. Получение требуемых свойств MAX-фаз зависит от технологических условий синтеза материала. Для этого необходимо тщательное теоретическое моделирование взаимодействия элементов на границе раздела. Одновременный рост конкурирующих фаз наряду с MAX-фазой может происходить из-за выгодности образования конкурирующих фаз, а также из-за более низкоэнергетического интерфейса с подложкой по сравнению с MAX-фазой. В данной работе мы изучаем термодинамическую выгодность конкурирующих фаз и MAX-фазы Cr2GaC в зависимости от химического состава потока атомов. Для изучения этих соединений было необходимо рассмотреть систему Cr-Ga-C. Согласно модели эффективной теплоты образования каждую реакцию образования некоторой фазы можно охарактеризовать энтальпией [2]. Для выяснения наиболее выгодных к формированию фаз было необходимо произвести расчёт энтальпии для всех возможных реакций. Таким образом, задача состояла в переборе всех возможных реакций между чистыми элементами, доступными в различных соотношениях, в частности, в соотношении, соответствующем заданной стехиометрии MAX-фазы, т. е. Cr:Ga:C=2:1:1. Кроме того, считается, что плотность совпадающих узлов [3; 4] для границ раздела между MAX-фазой, термодинамически выгодными конкурирующими фазами и поверхностью MgO(111) показывает роль интерфейса при определении структурного качества тонкой плёнки MAX-фазы, выращенной на MgO(111).