具有可调磁各向异性的超薄性的超薄铋-钇铁石榴石薄膜
材料科学
2026-03-05 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
我们报道了通过高温离轴射频磁控溅射生长铋取代钇铁石榴石（BiYIG）纳米厚度薄膜的方法。通过调节溅射参数和不同（111）取向石榴石衬底上的外延应变，我们实现了对磁性特性的精确控制。BiYIG薄膜与衬底之间晶格失配高达−0.80%时，在厚度低至60 nm时仍保持完全应变状态，并维持高结晶质量。透射电子显微镜和能量色散X射线光谱证实了Coherent外延生长、无缺陷以及BiYIG/衬底界面处有限的互扩散。通过改变BiYIG中的拉伸或压缩应变（−0.80%至+0.56%），可借助磁弹性耦合精确补偿总磁各向异性。溅射BiYIG薄膜的有效磁各向异性还可通过离轴沉积角度和生长过程中的氧流量进一步调节，这决定了阳离子化学计量比。在优化生长条件下，即使厚度低至10 nm，也可可靠地获得10 GHz下1 mT的铁磁共振（FMR）线宽。我们还报道了在反磁性衬底钇钪镓石榴石上生长的超薄（2–5 nm）BiYIG薄膜中的小FMR线宽。这些发现凸显了低阻尼、应变工程的纳米厚度BiYIG薄膜在自旋轨道电子学和磁子器件中实现先进功能的前景。具体而言，磁各向异性补偿和低阻尼使得大锥角磁化动力学免受磁子-磁子非线性散射的影响。
引用
@article{arxiv.2510.07465,
title = {Ultrathin bismuth-yttrium iron garnet films with tunable magnetic anisotropy},
author = {Hanchen Wang and William Legrand and Davit Petrosyan and Min-Gu Kang and Emir Karadža and Hiroki Matsumoto and Richard Schlitz and Michaela Lammel and Myriam H. Aguirre and Pietro Gambardella},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.07465},
year = {2026}
}