迈向磁铁矿的磁学调控
材料科学
2019-05-14 v1
摘要
为研究衬底、取向和厚度对其磁行为的影响，采用红外脉冲激光沉积（IR-PLD）在不同表面上制备了高质量化学计量比磁铁矿（Fe3O4）薄膜并进行了研究。使用不同的单晶（001）取向衬底，即 SrTiO3(001)、MgAl2O4(001) 和 MgO(001)，制备了外延 Fe3O4(001) 薄膜。作为对比，在多晶 Al2O3(0001) 和非晶 Si/SiO2 衬底上获得了多晶磁铁矿薄膜。厚度在 50–400 nm 之间变化。所有薄膜均由纳米晶化学计量比磁铁矿组成，应变极小（<1%），并呈现 110–120 K 之间的 Verwey 转变（Tv），即接近块体磁铁矿（122 K）。一般而言，Tv 取决于微观结构和厚度，主要随厚度增加而升高。室温角依赖测量显示，所有在（001）取向表面上生长的薄膜均呈现面内四重对称磁行为，易轴沿 Fe3O4 的 [010] 和 [100] 方向。值得注意的是，四重磁对称在厚度达 400 nm 的薄膜中依然出现。反之，生长在单晶 Al2O3(0001) 和非晶 Si/SiO2 表面的薄膜表现出各向同性磁行为。矫顽场（Hc）取决于微观结构和薄膜厚度。最大（最小）Hc 值对应于生长在单晶 SrTiO3(001)（非晶 Si/SiO2）表面上的最薄薄膜，其具有最大（最小）应变（结晶度）。此外，矫顽力遵循随薄膜厚度变化的反比规律。我们的结果表明，通过利用衬底诱导各向异性和厚度控制的矫顽力，可以人为调控化学计量比 IR-PLD 生长 Fe3O4 薄膜的磁行为，这可能有助于在未来自旋电子器件中集成磁铁矿。
引用
@article{arxiv.1905.04961,
title = {Towards magnetic control of magnetite},
author = {F. J. Pedrosa and J. L. F. Cuñado and P. Perna and M. Sanz and M. Oujja and E. Rebollar and J. F. Marco and J. de la Figuera and M. Monti and M. Castillejo and M. Garcia-Hernández and F. Mompeán and J. Camarero and A. Bollero},
journal= {arXiv preprint arXiv:1905.04961},
year = {2019}
}