Ferromagnetism of MnxSi1-x(x ∼ 0.5) films grown in the shadow geometry by pulsed laser deposition method

Abstract

Absence of anomalous Nernst effect in spin Seebeck effect of Pt/YIG AIP Advances 6, 015018 (2016); 10.1063/1.4941340Dual resonant structure for energy harvesting from random vibration sources at low frequency AIP Advances 6, 015019 (2016) The results of a comprehensive study of magnetic, magneto-transport and structural properties of nonstoichiometric Mn x Si 1-x (x≈0.51-0.52) films grown by the Pulsed Laser Deposition (PLD) technique onto Al 2 O 3 (0001) single crystal substrates at T = 340 • C are present. A highlight of used PLD method is the non-conventional ("shadow") geometry with Kr as a scattering gas during the sample growth. It is found that the films exhibit high-temperature (HT) ferromagnetism (FM) with the Curie temperature T C ∼ 370 K accompanied by positive sign anomalous Hall effect (AHE); they also reveal the polycrystalline structure with unusual distribution of grains in size and shape. It is established that HT FM order is originated from the bottom interfacial self-organizing nanocrystalline layer. The upper layer adopted columnar structure with the lateral grain size ≥ 50 nm, possesses low temperature (LT) type of FM order with T c

Модификация ферромагнитных свойств тонких пленок Si-=SUB=-1-x-=/SUB=-Mn-=SUB=-x-=/SUB=-, синтезируемых методом импульсного лазерного осаждения при изменении давления буферного газа

“…Механизм влияния энергии осаждаемых атомов на рост слоев Si 1−x Mn x (x ≈ 0.5) в настоящее время не вполне ясен. Возможно, полученные результаты связаны с различием в коэффициентах прилипания атомов Mn и Si к подложке Al 2 O 3 в процессе их осаждения и сильным отличием постоянных решеток MnSi и подложки Al 2 O 3 (около 10% [8]), обусловливающих рост более мелких кристаллитов при высоких скоростях осаждения MnSi и формирование однородной по толщине высокотемпературной ФМ фазы. В данной связи необходимы дальнейшие исследования, в частности, изучение влияния подложек (решеточного рассогласования) на ФМ свойства слоев Si 1−x Mn x (x ≈ 0.5).…”

“…Недавно было установлено, что в тонкопленочных образцах Si 1−x Mn x с небольшим избытком Mn (x = 0.52−0.55), полученных методом импульсного лазерного осаждения (ИЛО), температура Кюри T C ≥ 300 K, т. е. небольшое отклонение от стехиометрического состава MnSi приводит к увеличению T C более чем на порядок по сравнению с ε-MnSi [5,6]. Последующие исследования [7,8] показали, что данные пленки помимо высокотемпературной ферромагнитной (ФМ) фазы могут содержать низкотемпературную ФМ фазу, формирование которой может зависеть как от энергии осаждаемых частиц, так и от величины нестехиометрии Si 1−x Mn x пленок. Поэтому управление энергией частиц в процессе осаждения и возможность контролируемого изменения состава пленок Si 1−x Mn x представляют важную задачу для получения однофазных тонкопленочных образцов с высокой температурой Кюри.…”

Влияние плотности энергии лазерного пучка на магнитные свойства тонких пленок Mn-=SUB=-x-=/SUB=-Si-=SUB=-1-x-=/SUB=- (x~0.5), приготовленных методом импульсного лазерного осаждения

“…При этом наблюдаемый избыток марганца x ≈ 0.52−0.53 соответствует ВТ ФМ-фазе [2,3]. Для образцов, выращенных при низких значениях E ≤ 5.7 J/cm 2 , ВТ ФМ-фаза присутствует, по-видимому, лишь вблизи подложки, аналогично пленкам Mn x Si 1−x , изученным в работах [9,10]. В верхних слоях пленки происходит существенное увеличение концентрации кремния.…”

“…Полученные данные позволяют предположить, что в пленках Mn x Si 1−x , синтезированных методом ИЛО, ВТ ФМ-фаза с концентрацией марганца x ≈ 0.53 формируется вблизи подложки Al 2 O 3 , в то время как НТ ФМ-фаза образуется в верхнем слое пленки при достаточно низких значениях энергии лазерного импульса E. Мы связываем полученные результаты с различием в коэффициентах прилипания атомов Mn и Si к подложке Al 2 O 3 в процессе их осаждения и сильным отличием постоянных решеток MnSi и подложки Al 2 O 3 (около 10% [10]). Такие особенности системы способствуют росту более мелких кристаллитов при высоких скоростях осаждения MnSi, приводя к формированию однородной по толщине ВТ ФМ-фазы.…”

Времяпролетные характеристики лазерного факела при абляции мишени MnSi в атмосфере аргона

“…Благодаря большой доле ионов в лазерной плазме [2] метод ИЛО обеспечивает высокую скорость зародышеобразования и позволяет прецизионно регулировать скорость роста пленок, что дает возможность напылять чрезвычайно тонкие сплошные пленки [3]. Существенную роль при импульсном лазерном осаждении тонких пленок играет энергетический спектр ионов [4,5] и нейтральных частиц лазерного факела [6,7], что оказывает влияние на характеристики получаемых пленок. Метод ИЛО дает возможность понизить температуру кристаллизации пленок благодаря высокой энергии частиц в лазерной плазме и обеспечивает сохранение О.А.…”