Co$_2$(Fe/Mn)Si 薄膜中磁弹性耦合诱导的磁各向异性

本文报道了外延应变对在 (001) SrTiO$_3$ (STO) 和 MgO 上生长的 Co$_{2}$FeSi (CFS) 和 Co$_{2}$MnSi (CMS) Heusler 合金薄膜单轴磁各向异性的影响。在 STO 上，通过改变薄膜厚度可调节面内双轴应变；而在 MgO 上，无论厚度如何，薄膜均表现出磁化强度 (\overrightarrow{M}) 的面内易轴。对 STO 上薄膜采用具有面外单轴各向异性的 Stoner-Wohlfarth 相干旋转模型，对磁自由能泛函进行变分分析，结果显示除了本征磁晶各向异性（CFS 和 CMS 分别约为 -1.72$\times 10^{6}$ erg/cm$^{3}$ 和 -3.94$\times 10^{6}$ erg/cm$^{3}$）外，还存在磁弹性各向异性，其磁致伸缩常数约为 (12.22$\pm$0.07)$\times 10^{-6}$ 和 (2.02$\pm$0.06)$\times 10^{-6}$。单畴相图揭示了随着薄膜厚度减小，磁化方向从面内到面外的逐渐转变。预测 STO 上最薄（12 nm）CFS 薄膜的磁化强度相对于薄膜平面的最大倾斜角为 41.5$^{\circ}$。STO 上较低厚度薄膜中 \overrightarrow{M} 的独特行为归因于应变诱导的四方畸变。