外延生长于 W(110) 上的 Gd 薄膜的磁畴结构

我们展示了利用自旋极化扫描隧道显微镜(SP-STM)对外延生长于 W(110) 上的 Gd(0001) 薄膜磁畴结构进行的详细实空间研究。为寻找最佳制备条件，我们研究了沉积过程中衬底温度以及生长后退火温度的影响。我们的结果表明，在室温沉积并随后在 900 K 退火时，表面缺陷(如台阶边缘以及螺位错和刃位错)的密度最低。SP-STM 数据显示，在较低退火温度下磁畴尺寸较小，这显然是由晶界和其他晶体缺陷处的钉扎引起的。我们系统研究了最佳制备的 Gd 薄膜中随覆盖度变化的磁畴结构。对于低覆盖度直至约 80 原子层(AL)，我们观察到尺寸为微米量级的畴，其间的畴壁取向大致沿底层 W 衬底的 [1{\bar 1}0] 方向。在临界膜厚 $\Theta_{\text{crit}} \approx (100 \pm 20)$ AL 以上，我们识别出条带状畴，表明发生了从面内到面外的自旋重取向转变。与现有模型一致，条带状畴的周期随覆盖度超过 $\Theta_{\text{crit}}$ 的程度而增加。虽然在刚超过 $\Theta_{\text{crit}}$ 时条带状畴的取向在大范围内均匀，但我们在 $\Theta \gtrsim 200$ AL 处发现了特征性的之字形图案，并在超过 500 AL 时观察到不规则条带状畴。磁信号的中间极小和极大表明分支畴的成核。我们从对总磁能的各种贡献(如磁晶能、静磁能和磁弹性能密度)的角度讨论了这些结果。