Anisotropic Fe$_{4-x}$Ge$_x$N thin films中的两组分异常哈德尔和内尔恩斯效应

制造了一系列薄膜 Fe$_{4-x}$Ge$_x$N (x=0-1) 薄膜，制备于 MgO 衬底上，旨在研究异常内尔恩效应(ANE)的可能增强，这一预期基于密度泛函理论(DFT)计算。系统地分析了该系列的内尔恩效应和哈德尔效应，配合电阻率、磁学、电子显微镜和 M"ossbauer 实验，以及包括弹性性能的 DFT 计算。Fe$_4$N 相在 Pm3m 空间群中结晶为立方对称性，而对于 x>0.35 的样品实现了小的四方形扭曲。通过比较实验等位移与 DFT 计算的结果，我们得出 Ge 占据四方形 I4/mcm 结构中的 4b 位的结论。铁磁 Tc 从 x=0 时的 750 K 快速降至 x=1 时的 100 K。四方形样品在 x=0.8 和 1 时表现出哈德尔效应和内尔恩效应滞回曲线中的两组分行为，这可以表示为具有不同饱和场的正负环的求和。这种独特行为是多种因素共同作用的结果。(1) 四方形薄膜中两种不同的晶轴取向共存，即 c 轴主导且 a 轴次要，垂直于薄膜表面。(2) 由 DFT 计算揭示的磁化沿 a 轴和 c 轴方向异常哈德尔和内尔恩效应符号相反。(3) 磁晶各向异性特征为易于 ab 平面，这导致 a 轴和 c 轴具有不同的饱和场。确定最大 ANE 在 x=0 时室温为 0.9 $\mu$V/K，在 x=1 时 T=50 K 为 -0.85 $\mu$V/K。Fe$_3$GeN 从低温快速增大的 ANE 指明若其 Tc 较高，可能会超过 Fe$_4$N 的 ANE。