Magnetic anisotropy peculiarities of high-temperature ferromagnetic Mn _x Si _1−x (x ≈ 0.5) alloy films

Abstract

Thin films of MnxSi1−x alloys with different Mn concentration x ≈ 0.44-0.63 grown by the pulsed-laser deposition (PLD) method onto the Al2O3 (0001) substrate were investigated in the temperature range 4-300 K using ferromagnetic resonance (FMR) measurements in the wide range of frequencies (f = 7-60 GHz) and magnetic fields (H = 0-30 kOe). For samples with x ≈ 0.52-0.55, FMR data show clear evidence of ferromagnetism (FM) with high Curie temperatures TC ∼ 300 K. These samples demonstrate the complex and unusual character of magnetic anisotropy described in the frame of phenomenological model as a combination of the essential second-order easy-plane anisotropy contribution and the additional fourth-order anisotropy contribution with the easy direction normal to the film plane. We explain the obtained results by a polycrystalline (mosaic) structure of the films caused by the film-substrate lattice mismatch.

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

“…Положение пиков резонансного поглощения анализировалось с помощью формулы Киттеля для частоты ФМР тонкой пленки в рассматриваемой геометрии " по-ле в плоскости" (см. также работы [7,8]):…”

“…где γ -гиромагнитное отношение, соответствующее g-фактору g ≈ 2.1 [7,8]. В результате были получены температурные зависимости эффективного поля размагничивания 4πM eff (T ) для обоих наблюдаемых пиков (рис.…”

“…Такая величина m превышает наблюдаемые значения намагниченности насыщения (m ≤ 0.4 µ B /Mn) в известных силицидах марганца, а также m = (1.1−1.4) µ B /Mn в однородных нестехиометрических пленках Mn x Si 1−x с x ≈ 0.5 [2,3]. В работах [7,8] данный факт объяснялся дополнительной магнитной анизотропией пленок, вызванной дефектами кристаллической структуры.…”

Влияние кристаллической структуры подложки на магнитную анизотропию плeнок Mn-=SUB=-x-=/SUB=-Si-=SUB=-1-x-=/SUB=- (x~0.5)

“…Таким образом, наблюдаемый аномальный ферромагнетизм тонких плeнок Mn x Si 1−x (x ≈ 0.5) связывается с высокой степенью их дефектности, что в значительной степени определяется как нестехиометрией плeнок, так и рассогласованием параметров кристаллических решeток плeнка-подложка. Исследования ферромагнитного резонанса (ФМР) плeнок Mn x Si 1−x /c-Al 2 O 3 показали сильную магнитную анизотропию возникающей в них ВТ ФМ-фазы [11]. Эта анизотропия имеет характер типа " лeгкая плоскость" и может быть объяснена механическими напряжениями, возникающими в плeнке из-за рассогласования еe кристаллической структуры с подложкой c-Al 2 O 3 [12].…”

“…На рис. 2 показаны температурные зависимости эффективного поля поверхностной анизотропии 4πM eff плeнок, рассчитанные по положению пика резонансного поглощения на основании формулы Киттеля (ω/γ) 2 = H res (H res + 4πM eff ), где γ, ω и H res -гиромагнитное отношение, частота возбуждения и поле резонанса, соответственно [11,12]. Видно, что в отличие от статической намагниченности, величина 4πM eff демонстрирует значительно большее расхождение для плeнок, осаждeнных на разных подложках.…”