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Unravelling oxygen driven α to β phase transformation in tungsten

Authors :
Shambhu Nath Jha
Virginie Serin
Aloke Kanjilal
Anil K. Sinha
Sudipta Roy Barman
Ashok Kumar Yadav
Vijay Kumar
Sébastien Joulié
Mohammad Balal
Alain Claverie
Ananya Chattaraj
Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
Matériaux Multi-fonctionnels et Multi-échelles (CEMES-M3)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Source :
Scientific Reports, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2020, 10, pp.14718. ⟨10.1038/s41598-020-71650-2⟩, Scientific Reports, 2020, 10, pp.14718. ⟨10.1038/s41598-020-71650-2⟩, Scientific Reports, Vol 10, Iss 1, Pp 1-10 (2020)
Publication Year :
2020
Publisher :
HAL CCSD, 2020.

Abstract

Thin films of β-W are the most interesting for manipulating magnetic moments using spin–orbit torques, and a clear understanding of α to β phase transition in W by doping impurity, especially oxygen, is needed. Here we present a combined experimental and theoretical study using grazing incidence X-ray diffraction, photoelectron spectroscopy, electron microscopy, and ab initio calculations to explore atomic structure, bonding, and oxygen content for understanding the formation of β-W. It is found that the W films on SiO2/Si have 13–22 at.% oxygen in A15 β structure. Ab initio calculations show higher solution energy of oxygen in β-W, and a tendency to transform locally from α to β phase with increasing oxygen concentration. X-ray absorption spectroscopy also revealed local geometry of oxygen in β-W, in agreement with the simulated one. These results offer an opportunity for a fundamental understanding of the structural transition in α-W and further development of β-W phase for device applications.

Details

Language :
English
ISSN :
20452322
Database :
OpenAIRE
Journal :
Scientific Reports, Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2020, 10, pp.14718. ⟨10.1038/s41598-020-71650-2⟩, Scientific Reports, 2020, 10, pp.14718. ⟨10.1038/s41598-020-71650-2⟩, Scientific Reports, Vol 10, Iss 1, Pp 1-10 (2020)
Accession number :
edsair.doi.dedup.....db5c852d76f995fb7a51f4e56d300bb2
Full Text :
https://doi.org/10.1038/s41598-020-71650-2⟩