• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.1 no.2
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• pp.9-14
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• 1991

In order to investigate electronic and magnetic properties of $Fe_{16}N_{2}$ ferromagnet, we have performed electronic structure calculations employing the self-consistent local density functional LMTO(linearized muffin tin orbital) band method. We have obtained the ground state parameters, such as band structures, density of states, Stoner parameters, and magnetic moments. Based on these results, we have investigated microscopically the magnetic structure and the enhancement of Fe magnetic moments in this compound. Magnetic moments of 3 types of Fe(Fe I, Fe II and Fe III) in $Fe_{16}N_{2}$ are 2.13, 2.50, and $2.85\;{\mu}_{B}$, respectively. Large enhancement of Fe magnetic moment is observed in Fe II and Fe III, which are located rather far from N. This implies that local environment is very important in determining the Fe magnetic moments in this compound. Our value of average magnetic moment per Fe atom. $2.50\;{\mu}_{B}$, is a bit smaller than the reported estimate, $-3.0\;{\mu}_{B}$, from the experiment.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.6 no.11
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• pp.1061-1066
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• 1996

RF magnetron reactive sputtering법으로 Fe75.5Zr8.3N16.2/SiO2(250$\AA$) 다층 박막을 FeZrN의 두께를 변화시키면서 제조하고, 제조된 박막을 진공 열처리하여 열처리 온도에 따른 포화자화, 보자력, 고주파에서의 투자율 그리고 열적 안정성을 조사하였다. Fe75.5Zr8.3N16.2/SiO2(250$\AA$) 다층박막은 FeZrN의 두께가 800$\AA$이상일 때 좋은 연자성을 나타내었다. Fe75.5Zr8.3N16.2/SiO2(250$\AA$)다층 박막을 45$0^{\circ}C$로 열처리 했을 때 포화자속밀도(1.08 T), 보자력 0.41 Oe, 1 MHz에서의 실효 투자율은 3000이상의 연자성을 나타내었다. 그 이유는 X-선 회절 분석 결과 열처리에 의해서 ZrN 미결정이 석출하여 $\alpha$-Fe 결정 성장이 억제되어 우수한 연자기적 성질이 나타난다고 판단된다. 이때 $\alpha$-Fe 입자 크기는 40-50$\AA$, ZrN의 입자 크기는 10-15$\AA$이다. 그리고 실효 투자율의 주파수 의존성에서 단층막에서는 5 MHz 이상에서 실효 투자율이 급격히 감소하는 경향을 보였으나, 다층막에서는 40MHz까지 실효 투자율이 1600이 되어 고주파에서의 연자성이 개선되었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.161.2-161.2
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• 2017

희토류계 영구자석은 대부분의 전기, 전자 제품의 핵심부품이며 높은 보자력, $BH_{max}$를 가지고 있어 자기기록저장매체, MEMS(엑츄에이터), 소형센서, 소형모터 등의 응용 분야에 적용시키기 위해 다양한 연구들이 진행되고 있다. 그러나 영구자석에 들어가는 희토류계 원소의 수급의 어려움 및 가격의 문제점으로 친환경 자석으로의 전환 및 희토류나 중희토류를 사용하지 않는 비희토류계 영구자석을 제조 및 개발하는데 많은 연구가 이루어지고 있다. 이 중 Fe-N 계 자성물질인 $Fe_{16}N_2$는 포화 자화 값이 현재까지의 비희토류계 자성물질 중 가장 높은 값(240emu/g)을 나타내며 상대적으로 높은 결정자기이방성 상수를 가지고 있어 비희토류계 영구자석 물질 중 하나로 주목받으며 연구되어지고 있다. 본 연구에서는 $Fe_{16}N_2$ 박막을 얻기 위해 DC Magnetron Sputtering 방법을 이용하여 Si wafer 위에 박막을 증착하고 증착시간에 따라 두께를 제어하여 제조한 후 박막의 미세구조, 상 분석, 자성 특성을 관찰을 통해 최적의 공정 조건을 찾고자 하였다. 증착 시간에 따른 박막의 성장 속도는 일정하게 증가하였으며, 증착 시간의 증가에 따라 박막 내 $Fe_{16}N_2$의 상대적인 분율은 감소하였다. 모든 공정 조건에서 $Fe_3N$, $Fe_4N$, $Fe_{16}N_2$ 상들이 섞여 성장하였으며 XRD를 통한 상분석과 더불어 VSM을 통한 자성 특성을 분석해본 결과 $Fe_{16}N_2$의 분율을 가장 높게 성장된 공정 조건은 증착 시간이 10분이며 박막의 두께가 ${\sim}1{\mu}m$ 일 때, 최적의 조건을 얻을 수 있었으며, 이 때의 자성 특성을 분석한 결과 ~2.45T의 포화 자화 값과 ~1.41T의 잔류 자화 값을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2016.11a
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• pp.179-179
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• 2016

희토류계 영구자석은 높은 보자력과 잔류 자화을 가지고 있어 자기기록저장매체, MEMS(엑츄에이터), 센서 등의 응용 분야에 적용시키기 위해 다양한 연구들이 진행되고 있다. 하지만 희토류계 원소의 수급 및 가격의 문제점으로 친환경자석으로의 전환 및 희토류나 중희토류를 사용하지 않는 비희토류계 영구자석을 개발하는 연구에 대한 필요성이 대두되고 있다. 이 중 Fe-N 계 자성 물질인 $Fe_{16}N_2$는 포화 자화 값이 현재까지의 자성물질 중 가장 높은 값(240emu/g)을 나타내며 상대적으로 높은 결정자기이방성 상수를 가지고 있어 비희토류계 영구자석 물질 중 하나로 주목받고 있다. 본 연구에서는 $Fe_{16}N_2$ 박막을 얻기 위해 DC Magnetron Sputtering 방법을 이용하여 Si wafer 위에 박막을 증착하고 증착공정 조건 중 질소 유량 및 Sputtering Power를 변수로 따른 박막의 성장, 조직변화, 자성 특성을 관찰을 통해 최적의 공정 조건을 찾고자 하였다. $N_2$ 가스 유량 변화에 따른 박막의 성장 속도는 거의 변화가 없었으며 $N_2$ 가스 유량의 증가에 따라 박막 내 Fe의 함유량은 감소하였다. 모든 공정 조건에서 $Fe_3N$, $Fe_4N$, $Fe_{16}N_2$ 상들이 섞여 성장하였으며 XRD를 통한 상분석과 더불어 VSM을 통한 자성 특성을 분석해본 결과 $Fe_{16}N_2$의 분율이 가장 높게 성장된 공정 조건은 Power는 200W, $N_2$ 가스 유량은 20sccm이었으며 이 조건에서 2.45T의 포화 자화 값과 1.4T의 잔류 자화 값을 얻을 수 있었다.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.26 no.4
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• pp.115-118
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• 2016

We investigated the magnetocrystalline anisotropy of pure ${\alpha}^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ by using full-potential linearized augmented plane wave method (FLAPW). A very high magnetic moment was obtained for Fe (4d) site due to the lattice expansion in the z-direction, while the magnetic moment of Fe (4e) and (8h) site were suppressed due to hybridization with neighboring N atom. The calculated spin magnetic moments for different Fe sites (4d, 4e and 8h) were in good agreement with previously reported values. Due to the tetragonal distortion, we found a very large uniaxial anisotropy constant of $0.58MJ/m^3$. Besides, a high value of magnetization of 1.76MA/m was obtained. In additon, the estimated coercive field and maximum energy product of 6.51 kOe and 71.7 MGOe were obtained for pure ${\alpha}^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$. This may suggest that the ${\alpha}^{{\prime}{\prime}}-Fe_{16}N_2$ can be utilized for potential rare-earth free permanent magnet material.

• Proceedings of the Korean Magnestics Society Conference
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• 1991.05a
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• pp.7-8
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• 1991

• Korean Journal of Materials Research
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• v.16 no.8
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• pp.473-478
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• 2006

The coherent interface energies and misfit strain energies of Fe/XN (X=Ti, Zr, Hf) systems were calculated by first principles method. The interface energies in Fe/TiN, Fe/ZrN and Fe/HfN systems were 0.343, 0.114, and 0.030 $J/m^2$, respectively. Influence of bond energy was estimated using the discrete lattice plane/nearest neighbor broken bond(DLP/NNBB) model. It was found that the dependence of interface energy on the type of nitride was closely related to changes of the bond energies between Fe, X and N atoms before and after formation of the Fe/XN interfaces. The misfit strain energies in Fe/TiN, Fe/ZrN, and Fe/HfN systems were 0.239, 1.229, and 0.955 eV per 16 atoms(Fe; 8 atoms and XN; 8 atoms). More misfit strain energy was generated as the difference of lattice parameters between the bulk Fe and the bulk XNs increased.

• Journal of Surface Science and Engineering
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• v.50 no.2
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• pp.119-124
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• 2017

Due to the high saturation magnetization (~2.4 T), $Fe_{16}N_2$ is interesting for the thin film application such as an actuator, data record storage and sensor etc. In this study, Fe-N thin films were deposited on Si(001) substrate with various power and deposition time by DC magnetron sputtering, in order to get high portion of $Fe_{16}N_2$ phase. Surface morphology, phase formation and magnetic properties were measured. As a result, Saturation magnetization and Remanence magnetization reach to ~2.45 T and 1.41T. But, Coercivity was not enough in this experiments. Its value lower than 100 Oe. Which is very close to theoretical value.

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.3 no.2
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• pp.94-100
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• 1993

Electronic and magnetic properties of the novel rare-earth permanent magnet, $Sm_{2}Fe_{17}N_{3}$, are investigated by performing self-consistent local density functional electronic structure calculations. Employing the LMTO(Linearized Muffin-Tin Orbital) band method, we have obtained the electronic band structures for both paramag-netic and ferromagnetic phases of $Sm_{2}Fe_{17}N_{3}$. Based on the energy band structures, we have studied bonding ef-fects among Sm, Fe, and N atom as well as electronic and magnetic structures. It is found that the N atom sub-stantially reduces the magnetic moment of neighboring Fe atoms through the hybridization interaction and also plays a role in stabilizing the structure. the average magnetic moment of Fe atoms in the ferromagnetic phase of $Sm_{2}Fe_{17}N_{3}$ is estimated to be $2.33{\mu}_B$, which is ~8% larger than the magnetic moment of $Sm_{2}Fe_{17}$, $2.16{\mu}_B$. The Fe I (c) atom, which is located farthest from the N atom and surrounded by 12 Fe nearest neighbors, has the largest magnetic moment ($2.65{\mu}_B$), while the Fe III (f), whose hybridization interaction with N atom is very strong, has the smallest magnetic moment($1.96{\mu}_B$).

• Journal of the Korean Magnetics Society
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• v.8 no.1
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• pp.6-12
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• 1998

Fe-N(iron-nitrogen) crystal phases were prepared by nitrogen ion implantation into $\alpha$-Fe foil with Plasma Source Ion Implantation (PSII). Ion implantation time of sample is treated 15 minutes(FeN15) and 30 minutes (FeN30). The nitrogen depth profiles measured by Auger electron spectroscopy (AES) were determined to be about 12000 $\AA$ and 4000 $\AA$ for the samples of FeN15 and FeN30, respectively. The results of vibrating sample magnetometer (VSM) show that the saturation magnetization of the samples of as-implanted FeN15 and FeN30 was higher than that of pure $\alpha$-Fe foil, which may be owing to $\alpha$'-$Fe_8N$ or $\alpha$"-$Fe_{16}N_2$ phases. Accordingly this study shows the possibility of the partial formation of $\alpha$' or $\alpha$" phase in iron nitrogen produced by PSII method.II method.