Heusler型 Mn$_{2-\delta}$CoGa$_{1+\delta}$ 薄膜中的磁弹各向异性

垂直磁化对于利用磁性材料的高密度存储应用至关重要。为了从自旋相关输运现象中获得大的电信号，还需要传导电子具有高自旋极化率。Heusler 合金是一类众所周知的展现半金属电子结构的材料。然而，其立方晶格特性通常有利于面内磁化，从而使垂直磁各向异性（PMA）最小化。本研究聚焦于一种反型 Heusler 合金 Mn$_{2-\delta}$CoGa$_{1+\delta}$ (MCG)，其具有微小的非化学计量比（$\delta$），有望成为一种半金属材料。我们在具有百分之几微小四方畸变的 MCG 薄膜中，于室温下观察到了数量级为 10$^5$ J/m$^3$ 的相对较大的单轴磁晶各向异性常数（$K_\mathrm{u}$）。晶格常数的 $c/a$ 比值与 $K_\mathrm{u}$ 之间的正相关性得到了证实。利用克尔显微镜进行磁畴成像，清楚地展示了磁畴图案随 $K_\mathrm{u}$ 的变化。采用同步辐射软 X 射线光束的 X 射线磁圆二色性（XMCD）被用于深入了解 PMA 的起源。通过 XMCD 谱评估的轨道磁矩（$\Delta m_\mathrm{orb}$）的角度变化可忽略不计，表明所谓的 Bruno 项对 $K_\mathrm{u}$ 的作用较小。我们的第一性原理计算合理解释了微小的 $\Delta m_\mathrm{orb}$ 以及 $c/a$ 比值与 $K_\mathrm{u}$ 之间的正相关性。基于自旋-轨道耦合的二阶微扰理论，讨论了磁晶各向异性的起源，指出占据的 $\uparrow$ 自旋态与未占据的 $\downarrow$ 自旋态的混合是 MCG 薄膜 PMA 的成因。