软 X 射线圆二色性研究 Co 掺杂 BiFeO$_3$薄膜中增强的铁磁矩

BiFeO$_3$ (BFO) 在室温下同时表现出铁电性和磁有序，但其源于自旋倾斜的铁磁分量可忽略不计。已知用 Co 等过渡金属原子取代 Fe 可以增强 BFO 中的铁磁分量。为了揭示这种磁化增强的起源，我们对生长在 LaAlO$_3$(001) 衬底上的 BiFe$_{1-x}$Co$_x$O$_3$ ($x$ = 0 至 0.30) (BFCO) 薄膜进行了软 X 射线吸收谱 (XAS) 和软 X 射线磁圆二色性 (XMCD) 研究。XAS 结果表明 Fe 和 Co 离子分别处于 Fe$^{3+}$和 Co$^{3+}$态。XMCD 结果显示，在室温下 Fe 离子表现出铁磁性，而 Co 离子表现出反铁磁性。XAS 和 XMCD 测量还揭示，部分 Fe$^{3+}$离子与氧离子呈四面体配位，但八面体配位的 Fe$^{3+}$离子的 XMCD 信号随 Co 含量增加而增强。结果表明，低 Co 浓度下存在的亚铁磁性$\gamma$-Fe$_2$O$_3$等杂质相随 Co 浓度增加而减少，且八面体晶体场中 Fe$^{3+}$离子的铁磁分量随 Co 浓度增加而增强，这可能反映了 Fe$^{3+}$离子倾斜度的增加。