外延 Fe$_{100-x}$Ga$_x$/MgO(001) 薄膜的晶体结构与局域有序

在这项工作中，我们研究了通过分子束外延在 MgO(100) 上生长的 Fe$_{100-x}$Ga$_x$ 的结构性质。我们结合长程与局域/化学选择性的 X 射线探针（X 射线衍射和 X 射线吸收谱）以及透射电子显微镜的实空间成像和表面敏感的 $in situ$ 反射高能电子衍射。对于衬底温度 $T_s$ 低于 400 $^o$C，我们得到 $bcc$ 薄膜；而对于 $x \approx$ 24 且 $T_s \geq$ 400$^o$C，观察到 $fcc$ 相的成核。对于这两种体系，均出现 Ga 反团簇或局域范围有序现象。$bcc$ 薄膜的第一和第二配位壳层中的 Ga/Fe 组分不同于随机 Ga 分布所预期的组分，且接近 D0$_3$ 型有序相，导致 Ga-Ga 对数量最小化。另一方面，未观察到真正的长程 D0$_3$ 相，表明原子有序仅发生在局域尺度。总体而言，本工作提出的外延生长方法，首先避免了已知对磁致伸缩性质有害的长程有序 D0$_3$ 相的形成，其次证明了在远低于获得块体 $fcc$ 样品所需温度的条件下生长 $fcc$ 薄膜的可能性。