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Formation of the TaN/MgO(001) interface at the atomic scale

ORAL

Abstract

First-principles calculations of the TaN/MgO(001) interface were conducted using density functional theory. A thermodynamic stability analysis identified four energetically favorable interface models, with the most stable configuration featuring a TaO monolayer between the TaN and MgO layers. All interface models exhibit a metallic behavior, as indicated by the density of states at the Fermi level; in addition, the electron localization function reveals ionic bonding across the interface. Accompanying the simulations, TaN ultrathin films were grown epitaxially on FCC MgO(001) substrates using pulsed laser deposition. A cross-sectional transmission electron microscopy characterization confirms that the TaN films present an epitaxial relationship with the MgO substrate, which is TaN[001]||MgO[001]. Furthermore, a fast Fourier transform analysis shows that the TaN lattice contracts at the interface to match the MgO lattice, being consistent with the computational predictions. Our findings suggest that strained TaO layers play a critical role in stabilizing the TaN/MgO(001) interface.

Presenters

  • Victor Quintanar

    Posgrado en Nanociencias, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California

Authors

  • Victor Quintanar

    Posgrado en Nanociencias, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California

  • Joseph P Corbett

    Miami University

  • Rodrigo Ponce

    Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM (CNyN)

  • Armando Reyes-Serrato

    Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México

  • Carlos A Corona-García

    Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México

  • Oscar Contreras-López

    Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México

  • Jonathan Guerrero-Sanchez

    Centro de Nanociencias y Nanotecnologia (CNyN-UNAM), National Autonomous University of Mexico, Universidad Nacional Autonoma de Mexico UNAM, Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM (CNyN), Virtual Materials Modeling Laboratory, Center for Nanoscience and Nanotechnology, Universidad Nacional Autónoma de México, Ensenada, Mexico

  • Jesús A Díaz

    Centro de Nanociencias y Nanotecnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Centro de Nanociencias y Nanotecnología UNAM (CNyN)