Ultrathin epitaxial ferroelectric films grown on compressive substrates: Competition between the surface and strain effects
利用平均场Landau型理论分析了生长在不同立方衬底上的外延铁电薄膜的极化特性，这些薄膜在薄膜平面内产生双轴压应力。通过外推长度的概念考虑了薄膜表面对自发极化的本征影响。该理论同时考虑了厚衬底对薄膜晶格施加的失配应变的影响。数值计算进行了PbTiO 3和BaTiO 3薄膜的表面层的极化减少的假设下。薄膜的平均偏振计算为膜厚，温度和失配应变的函数。结果表明，由于薄膜晶格的面内压缩，外延薄膜中的负本征尺寸效应减小。在室温下，平均极化的强烈降低可能只发生在薄膜（厚度~ 1 nm）。理论预测进行了比较与现有的实验数据上生长的SrRuO 3涂层SrTiO 3的钛酸钡薄膜的极化特性。
2001-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Suppression of magnetism in BiFeO$_3$ ultrathin epitaxial multilayers
本手稿完成了最近两篇研究文章中提出的研究[K. Koumpouras和我。Galanakis，\textit{J. Magn. Magn. Mater.} 323，2328（2011）; \textit{ibid}，\textit{J. Spintron. Magn. Nanomater.} 1，出版中]。给出了使用QUANTUM-espresso包[P. Gianjani et al \textit{J. Phys.:Condens. Matter} 21，395502（2009）]对BiFeO $_3$磁电化合物和各种类型的间隔物之间的超薄外延多层的磁性行为的初步第一性原理计算。作为间隔物，我们考虑了i）InP半导体，ii）铁，这是一个铁磁体，和iii）金属V。在所有的情况下，在研究的多层的生长轴是[001]。我们的研究结果表明，磁性能严重降级的无定形BiFeO $_3$多层膜的独立的间隔的性质，在某些情况下，正在研究的磁性甚至消失。需要更广泛的计算，以建立一个更清晰的界面的物理性质的BiFeO $_3$化合物。
2012-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-resolution TEM Studies of Pillar-Matrix Structures in Epitaxially Grown Ultrathin ZrO2-La2/3Sr1/3MnO3 Films
我们研究了ZrO 2-La 2/3Sr 1/3 MnO 3柱状基体薄膜，发现薄膜的磁性和电子输运性质受ZrO 2含量的控制。应用像差校正的透射电子显微镜，在原子分辨率上揭示了体系的结构和化学信息，特别是柱-基体界面的结构和化学信息。发现少量的Zr占据基质内的Mn位置，并且发现其在基质内的溶解度小于6摩尔%。此外，锆浓度达到最低浓度的支柱基体界面伴随着氧不足。观察到La和Mn扩散到柱中以及Mn价态的变化。La和Mn的位置内氧化锆柱也揭示了原子分辨率。这些结果为进一步研究这些材料的宏观性能提供了详细的信息。
2014-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial formation of ultrathin HfO2 on graphene by sequential oxidation
该研究通过序贯氧化在石墨烯上实现超薄HfO₂的外延生长，揭示从Hf金属到非晶亚氧化物、六方亚氧化物再到单斜HfO₂的相序转变机制，为2D半导体与结晶电介质的异质集成提供新路径。
2025-04-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin wave power flow and caustics in ultrathin ferromagnets with the Dzyaloshinskii-Moriya interaction
双磁性体中的Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用可以导致自旋波的非互易传播。我们从理论上研究如何自旋波功率流的影响，这种相互作用。我们表明，偶极-偶极和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用的组合可以导致单向焦散光束在Damon-Eshbach几何。此外，自生界面图案也可以从点源激发诱导。
2016-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Two-Dimensional Altermagnetism in Epitaxial CrSb Ultrathin Films
School of Physics Beihang University（北京航空航天大学物理学院）；Institute of High Energy Physics Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Singapore University of Technology and Design（新加坡科技设计大学）
研究二维极限下 CrSb 超薄膜的交替磁性，用扫描隧道显微镜等方法，发现界面对称性破缺产生局部电子态和未补偿磁矩，且在约 1.05nm 厚度仍保留关键交替磁电子结构。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Moiré Modulated Lattice Strain and Thickness-Dependent Lattice Expansion in Epitaxial Ultrathin Films of PdTe$_2$
本文报道了在拓扑绝缘体Bi $_2$ Se $_3$上外延生长PdTe $_2$外延薄膜。在STM测量中观察到一个突出的莫尔图案。随着薄膜厚度的减小，莫尔周期性增大，表明较低厚度的外延PdTe $_2$薄膜的晶格膨胀。此外，我们基于莫尔计量学的模拟揭示了PdTe $_2$畴边缘的单轴晶格应变，以及整个莫尔超晶胞中的各向异性应变分布，晶格应变的净变化高达~ 2.9%。我们的DFT计算表明，这种应变效应导致费米能级附近的$Γ$点处的带隙变窄。在约2.8%的应变下，$Γ$处的带隙完全闭合。进一步增加晶格应变使带隙重新打开，导带和价带的能量顺序发生了反转。这一结果为在莫尔势调制下构造拓扑材料量子网格提供了理论依据。
2022-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Confinement-Induced Isosymmetric Metal-Insulator Transition in Ultrathin Epitaxial V2O3 Films
本研究通过氧气辅助分子束外延制备出单胞厚度的高质量外延超薄V2O3薄膜，证实维度限域可诱导等结构Mott-Hubbard型金属-绝缘体转变，且限域等效于面外应力，为调控关联氧化物晶格与电子性质提供了新途径。
2023-12-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spontaneous Distortion and Ferromagnetism Induced by Quantum-well States in Pd(100) Ultrathin Films
利用X射线晶体截断棒测量和密度泛函方法研究了Pd（100）Ni-P薄膜的晶体结构，发现Pd（100）Ni-P薄膜具有量子限制效应引起的铁磁性.与顺磁性Pd相比，由于Pd中铁磁性的出现而导致的能量增益导致铁磁性Pd膜的膜生长更平坦和均匀。此外，铁磁性Pd膜扩大晶格常数，以抑制伴随着交换分裂的发生的电子的动能的增加。虽然传统的金属磁性理论表明，态密度的增加会引起铁磁性（Stoner判据），但我们的发现揭示了一种通过铁磁性的出现来调制态密度的机制，即，斯通纳理论的逆机制
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Appearance of ferromagnetism in Pt(100) ultrathin films originated from quantum-well states
在SrTiO_3（100）衬底上沉积的Pt（100）薄膜中观察到铁磁性。出现在厚度为2.2-4.4 nm的膜中的铁磁性根据膜厚度以大约1 nm（5-6个单层）的周期性地变化。这与从薄膜中形成的量子阱态导出的周期一致。X射线磁性圆二色性测量表明Pt（100）超薄膜具有内禀铁磁性。此外，目前的结果表明，纯Pt的轨道磁矩是远远小于Pt/铁磁多层系统的可能性。这些结果将为Pt组分中大的磁各向异性的起源提供一个潜在的新机制。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Stabilized Interfacial Ferromagnetism and Enhanced Magnetoelectric Properties of Ultrathin FeRh Films Capped with Heavy Transition Metal Ta
近年来，人们对FeRh薄膜进行了广泛的研究，并在实验中广泛观察到了一种依赖于衬底和帽盖的界面铁磁性。然而，这种界面铁磁性的电压调制几乎没有研究，这将在反铁磁（AFM）FeRh基磁电随机存取存储器（MeRAM）中有深远的应用。利用从头算方法，我们比较研究了重过渡金属Ta包覆的FeRh薄膜的界面铁磁性质和磁电响应。我们发现Ta的覆盖逆转了1.5 nm以下的FeRh薄膜的相稳定性，并使铁磁相和界面铁磁性稳定。此外，小的磁矩为2.2 $μ_B$的相邻的Fe原子，无论磁性配置和膜厚度，诱导Ta盖帽。与FeRh/MgO双层膜相比，三层膜的磁各向异性（AFM的面内磁各向异性、FM和界面FM重构三层膜的垂直磁各向异性）和磁电响应均有所增强。此外，在FM相位中的VCMA行为从$\vee$形变为线性。研究结果表明，重金属包覆和电场对FeRh薄膜的磁有序性有明显的调控作用，对FeRh合金在磁存储和反铁磁自旋电子学中的应用具有重要的推动作用。
2020-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced magnetic moment and conductive behavior in NiFe2O4 spinel ultrathin films
块状NiFe 2 O 4是一种绝缘亚铁磁体。在这里，我们报告的尖晶石NiFe 2 O 4薄膜上SrTiO 3单晶的外延生长。我们将表明，在适当的生长条件下，外延稳定导致形成的尖晶石相的磁性和电学性质，从根本上不同的散装材料：增强的磁矩（Ms）-约250%以上-和金属字符。的厚度依赖性的MS的系统研究允许得出结论，其增强的值是由于一个异常分布的Fe和Ni阳离子之间的尖晶石结构的A和B网站导致从非平衡生长条件和界面效应。尖晶石，更一般地说，氧化物为基础的异质结构的这些发现的相关性进行了讨论。我们认为，这种新材料可能是一种替代铁磁金属电极在磁性隧道结。
2005-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Thickness Dependent Itinerant Ferromagnetism in Ultrathin Ba-Doped SrRuO3 films
ABO 3钙钛矿氧化物的电子和磁性对晶格结构以及尺寸（例如薄膜形式的厚度）极其敏感。本文报道了在SrTiO_3（001）衬底上外延生长的Sr_（1-x）RuO_3（x = 0.08，0.2）薄膜的厚度依赖的电磁特性。结果表明，Ba掺杂（0.08 < x < 0.20）降低了SrRuO 3中存在的RuO 6正交畸变，并诱导了四方畸变，表现为面外晶格膨胀。随着薄膜厚度从10个单位电池（u.c.）对于x = 0.08和0.2两者，与掺杂水平无关。结果表明，对于超薄外延薄膜中金属性和铁磁性的损失，通过尺寸限制引入的成分空位和表面/界面贡献的影响比A位化学无序或结构畸变更占主导地位。
2022-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial ferromagnetic semiconductor GdN thin films on Si substrate
本文已被作者撤回
2010-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics
我们已经制备了具有显著二维电子气（2DEG）行为的外延石墨薄膜。通过热分解在6 H-SiC的（0001）表面上生长了典型的由3个石墨烯片组成的薄膜，并通过表面科学技术对其进行了表征。的低温电导跨越的范围内的本地化制度根据结构状态（平方电阻1.5千欧姆至225千欧姆在4 K，具有正的磁导）。低电阻样品在二维上表现出弱局域化的特征，由此我们估计了弹性和非弹性的平均自由程。在低场下，霍尔电阻在高达4.5 T时是线性的，这可以通过每个石墨烯片的密度为10^{12} cm^{-2}的n型载流子来很好地解释。最高度有序的样品表现出Shubnikov-de Haas振荡，其对应于在霍尔电阻中观察到的非线性，表明潜在的新量子霍尔系统。我们表明，高迁移率的薄膜可以通过传统的光刻技术图案化，我们演示了调制的膜电导使用顶栅电极。这些关键元素表明基于纳米图案化外延石墨烯（NPEG）的电子器件应用具有大规模集成的潜力。
2004-10-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Homogeneous switching in ultrathin ferroelectric BaTiO3 films
BaTiO_3薄膜的开关动力学研究证实了BaTiO_3薄膜中存在均匀的无畴开关。我们认为，均匀开关是所有铁电材料的共同现象。
2012-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of mirror-odd and mirror-even spin texture in ultrathin epitaxially strained RuO2 films
University of Minnesota-Twin Cities（明尼苏达大学双城分校）；Kyung Hee University（庆熙大学）；Rice University（莱斯大学）；Paul Scherrer Institute（保罗谢勒研究所）；Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)（光州科学技术院）
研究通过角分辨光电子能谱和第一性原理计算，揭示了超薄RuO2异质结构的电子结构，发现镜像奇偶自旋纹理，排除了非磁性起源，表明超薄极限下应变诱导的非相对论自旋结构。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Voltage-Gated Modulation of Domain Wall Velocity in an Ultrathin Metallic Ferromagnet
利用扫描磁光克尔效应成像技术研究了栅压、温度和磁场对Pt/Co/GdOx垂直磁各向异性薄膜畴壁蠕变动力学的影响。DW蠕变速度可以通过施加到Co/GdOx界面的电场经由用栅极电压线性调制活化能势垒来控制。在低速下，DW速度可以通过栅极电压显著改变，但是随着DW速度增加，该效果减小，这限制了DW快速运动的电场控制。
2012-07-12 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic-like closure domains in ferroelectric ultrathin films
本文从第一性原理出发，模拟了短路条件下两金属SrRuO $_3$电极间的BaTiO $_3$单胞电容器中铁电畴的能量、结构和电子性质。畴稳定下来，两个单位电池，采用封闭的域的形式，常见的铁磁体，但最近才在铁电薄膜的实验检测。通过电极的第一SrO层中的原子的面内弛豫，畴被闭合，其表现得比在金属SrRuO $_3$中更像在高度可极化SrTiO $_3$中的SrO。即使很小，这些横向位移是必不可少的稳定域，并可能提供一些线索，以解释为什么有些系统打破域，而其他人仍然在一个单域配置。静电势的分析揭示了铁电电极界面处的带电缺陷的钉扎的优先点，可能在膜疲劳中起主要作用。
2007-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Direct evidence for ferroelectric polar distortion in ultrathin lead titanate perovskite films
用X射线光电子衍射直接研究了PbTiO_3外延薄膜中与铁电性相关的晶格内极性原子畸变和四方性。我们的测量，结合从头计算，明确地表明非中心对称的薄膜几个单位电池厚，意味着薄膜薄至3个单位电池仍然保持铁电极性失真，也表明，没有厚的顺电死层的表面。
2005-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Spin-momentum locking and ultrafast spin-charge conversion in ultrathin epitaxial Bi$_{1-x}$Sb$_x$ topological insulator
三维拓扑绝缘体表面态的螺旋性在自旋电子学中引起了极大的关注，这是由于自旋-动量锁定，其中载流子的自旋垂直于它们的动量。这种性质可以提供一种有效的方法，通过Rashba-Edelstein效应将电荷电流转换为自旋电流，反之亦然。然而，这些表面状态的自旋-电荷转换的实验签名是非常困难的解开从体状态的贡献。在这里，我们结合自旋和角度分辨的光电子能谱，时间分辨的太赫兹发射光谱，以明确地表明，自旋电荷转换产生的Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态，下降到几个纳米的限制效应出现。我们关联这个大的转换效率，通常在重金属的体自旋霍尔效应的水平，复杂的费米表面从逆Rashba-Edelstein响应的理论计算获得。我们证明了这一点，薄膜厚度下降到几个纳米，在外延Bi $_{1-x}$ Sb $_x$薄膜的表面状态鲁棒性和相当大的转换效率带来了新的前景，超低功率磁随机存取存储器和宽带太赫兹产生。
2023-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Cryogenic-temperature Grain-to-grain Epitaxial Growth of High-quality Ultrathin CoFe Layer on MgO Tunnel Barrier for High-performance Magnetic Tunnel Junctions
本研究利用100 K低温溅射在300 mm晶圆上实现CoFe超薄层在MgO势垒上的晶粒间外延生长，获得低至0.008的磁阻尼和低于10^-6的写入错误率，为VC-MRAM等高性能自旋电子器件的大规模制造奠定基础。
2025-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Role of symmetry mismatch, charge transfer and low dimensionality in the magnetic order of CaMnO$_3$/SrTiO$_3$ ultrathin heterostructures
采用从头算方法研究了电荷转移和对称性失配对SrTiO $_3$（001）衬底上外延生长的CaMnO $_3$薄膜的磁性和电子性质的影响。我们发现，这些自由度的相互作用，连同低维和衬底施加的应变，改变了体积占有的Mn的e_ $g$轨道，这决定了磁配置的cNOCMO薄膜。从绝缘G型到金属A型反铁磁结构的转变是稳定的。
2021-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin AlScN for low-voltage driven ferroelectric-based devices
AlScN中铁电性的厚度缩放是其在神经形态计算和存储设备中的潜在应用的决定因素。在这封信中，我们报告在室温下铁电开关的10 nm的Al0.72Sc0.28N薄膜。采用磁控溅射法在GAN/蓝宝石衬底上生长了全外延Al0.72Sc0.28N/Pt异质结构，并采用原位Pt覆盖法避免了Al0.72Sc0.28N薄膜表面的氧化。通过X射线衍射和透射电子显微镜的结构表征揭示了既定的外延。由此获得的高品质的界面结合原位盖帽预计将促进铁电开关的AlScN在dielectric制度。的相对介电常数和矫顽场的依赖关系的Al0.72Sc0.28N膜厚度在100 nm至10 nm的范围内的分析表明，只有适度的缩放效应，这表明铁电性的临界厚度尚未接近。此外，沉积的层堆叠证明了使用溅射沉积技术将外延铁电AlScN包括到全外延GaN基器件中的可能性。因此，我们的工作突出了集成和缩放潜力的所有外延外延AlScN提供高存储密度与低电压操作所需的最先进的铁电存储器设备的状态配对。
2022-07-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Epitaxially strained ultrathin LaNiO$_3$/LaAlO$_3$ and LaNiO$_3$/SrTiO$_3$ superlattices: a density functional theory + $U$ study
本文利用第一性原理计算研究了外延应变下镍酸盐超晶格的电子结构，发现基态性质显著依赖于关联强度和应变，揭示了从反铁磁绝缘态到铁磁轨道有序态的转变。
2023-04-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High quality cobalt ferrite ultrathin films with large inversion parameter grown in epitaxy on Ag(001)
具有反尖晶石结构的钴铁氧体薄膜是室温下自旋滤波的最佳候选材料之一。我们采用三步法在Ag（001）衬底上制备了高质量的CoFe 2 O 4外延层：首先在衬底上共格外延生长CoFe 2合金，然后用氧气处理两次，第一次在室温下，然后在退火过程中。结合LEED、STM、Auger和原位GIXRD等分析手段，对薄膜的外延取向、表面、界面和结构进行了解析。观察到轻微的四角畸变，由于这种材料的大磁弹性耦合，这应该驱动平面中的易磁化轴。所谓的反转参数，即占据铁氧体尖晶石结构中八面体位置的Co分数，是其自旋相关电子隙的关键元素。它是通过在现场的X-射线共振衍射测量收集在Co和Fe K边缘。使用FDMNES代码进行数据分析，并显示Co离子主要位于八面体位置，反演参数为0.88 ± 0.05。非原位XPS给出了根据通过衍射分析获得的值的估计。
2018-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Study of strain effect on in-plane polarization in epitaxial BiFeO3 thin films using planar electrodes
外延应变是决定钙钛矿型铁电氧化物薄膜物理性能的重要因素。然而，它是非常具有挑战性的直接测量性能，如极化在应变膜使用传统的三明治电容器设备，因为高的泄漏电流。我们采用了一个平面电极装置，沿不同的电场方向的电极之间具有不同的晶体取向，直接测量全应变薄膜的面内极化-电场（P-E）磁滞回线。在高失配应变（例如-4.4%）下，获得纯Tetrogonal类相，并且其偏振矢量被约束在具有显著大的面内分量（~44 μC/cm 2）的（010）平面中。第一性原理计算是并行进行的，并提供了一个很好的协议与实验结果。我们的研究结果铺平了道路，设计基于T型BFO的面内器件，这里提出的策略可以扩展到研究所有其他类似的应变多铁性薄膜。
2012-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Kinetic control of ferroelectricity in ultrathin epitaxial Barium Titanate capacitors
University of Southern California（南加州大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Intel Corporation（英特尔公司）
通过操控脉冲激光沉积过程中等离子体的动能，实现超薄铁电电容器异质结构的高性能铁电特性，如低开关电压、长保持时间和高耐久性。
2024-07-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Critical thickness for itinerant ferromagnetism in ultrathin films of SrRuO$_3$
利用输运和磁光极向克尔效应研究了巡游铁磁体SrRuO $_3$的超薄膜。我们发现，低于4个单层的薄膜成为绝缘和磁性的变化，因为他们松散的简单的铁磁行为。我们观察到的磁矩的3个单层及以下的膜的平面在于一个强大的减少。交换偏置行为观察到低于临界厚度，并可能指向与铁磁区域接触的感应反铁磁性。
2008-11-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A route to room temperature ferromagnetic ultrathin SrRuO$_3$ films
尽管基于密度泛函理论（DFT）和DFT+U的期望，但迄今为止稳定过渡金属氧化物薄膜铁磁性的实验努力都失败了。在这里，我们调查的最有前途的材料之一，SrRuO $_3$，并包括超越DFT的相关效应通过动力学平均场论。与实验结果一致，我们发现SrRuO $_3$薄膜中金属铁磁性存在一个本征厚度限制。事实上，我们证明，实现的铁磁薄膜是遥不可及的标准薄膜技术。提出载流子掺杂作为一种新的方法来操纵薄膜，我们预测室温铁磁性的电子掺杂SrRuO $_3$超薄膜。
2015-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Van der Waals epitaxial growth of topological insulator Bi$_{2-x}$Sb$_x$Te$_{3-y}$Se$_y$ ultrathin nanoplate on electrically insulating fluorophlogopite mica
我们报道了高质量的Bi $_{2-x}$ Sb $_x$ Te $_{3-y}$ Se $_y$纳米片（BSTS-NPs）的电绝缘氟金云母衬底上使用无催化剂的气相固体方法的生长。在优化的气压和合适的氩气流量下，我们控制了BSTS-NP的厚度、尺寸和组成。拉曼光谱显示系统的变化表明，BSTS-NP的厚度和组成确实是精确控制。电输运表明，在BSTS-NP中的鲁棒狄拉克锥载流子输运。由于BSTS-NP提供了可调谐狄拉克锥表面态的优越的主导表面输运，而体态的导电贡献可以忽略不计，因此BSTS-NP为探索三维拓扑绝缘体的内在物理现象以及未来的技术应用提供了理想的平台。
2014-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Epitaxial Growth of an n-type Ferromagnetic Semiconductor CdCr2Se4 on GaAs(001) and GaP(001)
本文报道了n型铁磁半导体CdCr_2Se_4在GaAs和GaP（001）衬底上的外延生长，并描述了其结构、磁性和电子性质。磁性测量数据确认铁磁顺序与居里温度为130 K，在散装材料。磁化强度表现出明显的剩磁滞后行为，面内易磁化轴的矫顽场约为125 Oe。温度相关的输运数据表明，薄膜具有半导体特性，生长时为n型，室温载流子浓度约为1 x 10^18 cm-3。
2002-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Strain induced magnetic transition in CaMnO$_3$ ultra thin films
实验研究了高拉伸应变和低维对SrTiO $_3$衬底上外延生长的CaMnO $_3$薄膜的磁电性质的影响，并从理论上进行了分析.通过从头计算，我们发现，这两个，由衬底产生的高应变和自由表面的存在下，有助于稳定的面内铁磁耦合，从而引起非零净磁矩的薄膜。再加上这种磁序的变化，我们发现量子限制和拉伸外延应变引发的绝缘体-金属过渡。因此，我们的磁性测量在3 nm的薄膜显示铁磁磁滞回线，由于其G-型反铁磁结构的散装化合物中不存在。
2020-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Crystallographic structure of ultrathin Fe films on Cu(100)
本文报道了用扫描隧道显微镜在面心立方Cu（100）衬底上生长的2-4 ML Fe薄膜中的类bcc晶体结构。局部bcc结构为经常报道的突出磁性提供了直接的解释，即，铁磁有序的居里温度高于300 K的所有层。非假晶结构，其在4 ML膜厚度以上变为假晶，就薄膜生长的常规规则而言是出乎意料的，并且强调了铁磁薄膜中有限厚度效应的重要性。
2001-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial Ferromagnetic Nanoislands of Cubic GdN in Hexagonal GaN
采用等离子体辅助分子束外延技术在单晶GAN基体中制备了周期结构的GdN颗粒。高分辨X射线衍射分析表明，GdN岛，岩盐结构的外延取向的纤锌矿GAN基体。扫描透射电子显微镜结合原位反射高能电子衍射允许岛的形成动力学，发生后1.2单层的GdN覆盖的研究。磁性测定揭示了两个铁磁相，一个是由于GdN颗粒的居里温度为70 K，第二个是异常的室温相。
2012-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Signature of topological band crossing in ferromagnetic Cr1/3NbSe2 epitaxial thin film
在插层过渡金属二硫属化合物（I-TMDC）中，过渡金属插层引入了磁相，在某些情况下会引起拓扑带交叉。然而，拓扑性质的证据仍然难以捉摸，在这样的材料。在这里，我们采用角分辨光电子能谱揭示的能带结构外延生长的铁磁Cr 1/3 NbSe 2。Weyl交叉的实验证据表明Cr 1/3 NbSe 2是拓扑铁磁体。这项工作突出了I-TMDC作为低维系统中磁性和拓扑物理相互作用的平台。
2022-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Ferromagnetic resonance in epitaxial films: Effects of lattice strains and voltage control via ferroelectric substrate
铁磁共振（FMR）现象提供了磁性材料物理学的基本信息，也是各种信号处理微波器件的核心。在这里，我们从理论上证明，衬底诱导的晶格应变可能会改变FMR频率的外延铁磁薄膜显着，导致超低和超低的共振频率在室温下。值得注意的是，FMR频率随外延应变的非单调变化，达到最小值对应的应变诱导自旋重取向转变的临界应变。此外，通过将铁磁膜耦合到铁电衬底，可以实现FMR参数的有效电压控制。与以往的研究相比，我们发现FMR频率的可调谐性随外加电场而变化，并在临界场强处显著增加。揭示的功能开辟了广泛的机会，先进的可调磁电器件的基础上应变纳米磁体的发展。
2011-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Time-resolved ferromagnetic resonance in epitaxial Fe1-xCox films
利用时间分辨铁磁共振技术研究了GaAs（100）衬底上外延的Fe_（1-x）Co_x薄膜的磁动力学特性。样品相对于静态和脉冲场方向旋转，提供自由能表面和特征弛豫时间的完整映射。磁响应可以用一个简单的相干旋转模型来模拟，除了在开关场附近。体和表面各向异性被确定，并观察到与立方和单轴各向异性共存的不寻常的动态。
2001-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Structure and magnetism in ultrathin iron oxides characterized by low energy electron microscopy
我们已经在钌上生长了几个原子层厚的氧化铁外延膜。我们用低能电子显微镜表征生长。使用选区衍射和强度与电压谱，我们检测到两个不同的阶段，这是分配给浮氏体和磁铁矿。自旋极化低能电子显微镜显示磁畴图案的磁铁矿相在室温下。
2009-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic 2D Ferromagnetism in V5Se8 Epitaxial Thin Films
原子薄范德瓦尔斯晶体内禀铁磁性的发现开辟了一个新的研究领域，使二维（2D）极限下的磁性基础研究以及磁性范德瓦尔斯异质结构的发展成为可能。迄今为止，各种二维铁磁性主要是通过机械剥离“原始铁磁性（FM）”范德华晶体来探索的，而自底向上的方法通过薄膜生长技术已经在各种“原始非FM”范德华材料中展示了涌现的二维铁磁性。在这里，我们表明，V5Se8外延薄膜生长的分子束外延（MBE）表现出新兴的2D铁磁性与固有的自旋极化的V 3d电子，尽管散装对应物是“原来的反铁磁性（AFM双）”。此外，厚度依赖性测量表明，这种新开发的2D铁磁体可以被归类为具有弱磁各向异性的巡回2D海森堡铁磁体，从而将2D磁体的阵容扩大到那些可能有利于未来自旋电子学应用的磁体。
2019-10-04 cond-mat.mtrl-sci
In-situ characterization of ultrathin nickel silicides using 3D medium-energy ion scattering
我们展示了一种新的方法，非破坏性的原位表征的相变的硅化镍薄膜使用三维中能离子散射。该技术提供了同时使用单个样品在退火过程中的硅化物薄膜的组合物和实空间晶体学。我们发现，对于10 nm的Ni膜在Si上，它们的组成遵循正常的过渡序列，如Ni-Ni 2Si-NiSi。对于初始Ni厚度为3 nm的样品，使用位置敏感探测器的深度分辨晶体学表明，Ni膜在~290 °C的相对较低温度下从沉积态无序层转变为外延硅化物层。
2019-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Quantifying symmetric exchange in ultrathin ferromagnetic films with chirality
对称（海森堡）交换相互作用是磁性的基础，在设计新的涌现现象和设备应用的磁性材料中具有至关重要的作用。然而，量化交换是非常具有挑战性的双（$\sim$ 1 nm）磁性薄膜，可靠地用于散装材料的技术和近似在很大程度上不适用于二维（2D）的限制。在这里，我们提出和对比的测量交换刚度，$A$，通过几种方法对一系列的五个Co/Pt为基础的纳米（$1-2$ nm）薄膜。我们比较结果从（a）自旋波光谱布里渊光散射（BLS），（b）三个分析模型描述的温度依赖性的磁化得到的磁力，（c）微观域周期性测量和模拟，（d）从头算密度泛函理论（DFT）计算。虽然不同的方法在样品间呈现出一些定性一致的趋势，但我们注意到，对于任何给定的样品，不同技术间$A$的绝对值存在相当大的差异（高达$5\times$），这与文献中报告的标称相似样品的$A$差异一致。我们分析了各种方法之间差异的可能来源，特别是包括它们与自旋波色散的关系，以及探测的波矢范围。我们比较的优势和局限性的技术，并概述了其未来使用的方向，在表征交换相互作用的薄膜。
2023-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Thickness evolution of coercivity in ultrathin magnetic films
利用考虑外延生长表面粗糙度的理论模型，研究了外延薄膜面内磁化反转的厚度演化。在Néel模型的指导下，单层高度岛的台阶边缘位置除了在所有位置处的四倍各向异性之外还被分配了两倍各向异性。矫顽力被发现基本上取决于膜的厚度和最顶层的部分覆盖。它的定性特征主要由样品的几何形状和与畴壁能量相比的台阶各向异性的大小来确定。静磁相互作用改变了定量的结果，但不是定性的。通过比较包含和不包含它们的计算，可以理解它们的影响。
1998-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Coplanar waveguide based ferromagnetic resonance in ultrathin film magnetic nanostructures: impact of conducting layers
我们报告宽带铁磁共振（FMR）测量的基础上的共面波导（CPW）的磁膜结构，包括在平面内/平面外去耦层沉积在不同厚度的缓冲层或其他缓冲结构与不同的薄层电阻。我们表明，基本模式的激发可以大大提高（高达10倍）在缓冲层上沉积的结构相比，薄或弱导电缓冲层上沉积的结构具有低的薄层电阻。分析了导电缓冲层对共面波导电磁场的屏蔽作用。FMR吸收增强的效果对于利用双磁性铁磁层的磁化动力学的自旋电子器件中的应用是有吸引力的。
2014-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin oxides: bulk-oxide-like model surfaces or unique films?
为了更好地理解宽禁带氧化物表面在原子尺度上的电子和化学性质，实验工作集中在金属衬底上的外延膜上。最近的研究结果表明，这些薄膜比以前认为的要薄得多。这引起了怀疑的结果的转移到较厚的薄膜和散装晶体的表面性能。通过密度泛函理论和近似GW的电子光谱的修正，我们证明了三个特征的宽禁带氧化物（二氧化硅，氧化铝，和氧化硅）的基板的影响和突出的关键差异的氧化硅薄膜和表面的散装材料。我们的研究结果表明，单层薄氧化物膜具有相当独特的性能。
2007-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the hysteresis loop for the anomalous Hall effect in Pt ultrathin films on $\rm{CoFe_2O_4}$ by electrolyte gating
铁磁绝缘体上的Pt纳米薄膜在自旋电子学应用中得到了广泛的研究，由于磁邻近效应（MPE），界面Pt原子的磁矩被认为是铁磁有序的。异常霍尔效应（AHE）通常用于检查Pt层的面外磁矩。为了调节Pt薄膜的铁磁特性，我们在$\rm{CoFe_2O_4}$（CFO）铁磁绝缘体上制备了厚度为5.9 nm和7.0 nm的Pt薄膜上的双电层晶体管。对于Pt（7.0 nm）/CFO样品，在没有栅极偏压的情况下，在异常霍尔电阻率中观察到磁滞回线，并且通过施加栅极偏压来调谐矫顽场。对于Pt（5.9 nm）/CFO样品，在没有栅极偏压的情况下没有观察到磁滞回线，但是通过施加栅极偏压（$V\rm{_G} =$ $\pm$ 3 V）打开了磁滞回线。这表明Pt膜中的磁矩的长程铁磁有序通过电场效应被打开和关闭。对于+3 V的$V\rm{_G}$，在高达19.5 K时观察到滞后回线，而在高达约室温时观察到AHE。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced ferrimagnetism in auxetic NiFe2O4 in the crossover to the ultrathin film limit
我们研究了亚铁磁性氧化物NiFe 2 O 4的磁性，电子和结构性质之间的敏感相互作用。重点是放在从散装的交叉降维的影响，以减少薄膜。我们观察到Nb-SrTiO 3（001）衬底上的NiFe_2 O_4薄膜在面内外延压缩应变下的饱和磁化强度$M_S$的增强与面外晶格常数的降低同时发生。我们发现了一个大容量的阳离子配位的反尖晶石晶格独立的NiFe 2 O 4膜厚度-从而排除了阳离子反转，名义上可以占增强的$M_S$。相反，我们的研究揭示了单位晶胞体积的减少，即拉胀行为在NiFe 2 O 4薄膜，这可能会导致增强的磁交换所造成的原子间电子本地化的增加。
2014-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Demonstration of defect-defect ferromagnetic coupling in Gd doped GaN epitaxial films: A polarization selective magneto-photoluminescence study
用分子束外延技术在c-SiC衬底上生长了掺Gd的GAN外延层，在1.5~K温度下进行了磁场相关的偏振选择性光致发光（PL）研究。已经发现，在GAN中掺入Gd导致产生三种类型的施主类缺陷，其导致在低温PL中的中性施主束缚激子特征。研究表明，所有三个激子功能的自旋翻转散射的速率变得几乎$B$独立的，这表明这些信号必须是源于相互铁磁耦合的缺陷。这是进一步证实了与Si和Gd共掺杂的GAN样品上进行的研究，其中发现的缺陷是铁磁耦合，而Si-施主没有显示出任何参与耦合。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci
Ultrathin ferrimagnetic GdFeCo films with very low damping
铁磁材料作为自旋电子器件中的磁活性元件占主导地位，但具有诸如大杂散场和低操作频率的缺点。补偿亚铁磁体提供了一种替代方案，因为它们将反铁磁体的超快磁化动力学与铁磁体类自旋轨道扭矩（SOT）行为相结合。然而，为了在自旋电子器件中使用亚铁磁体，它们的有利性质必须在非晶薄膜（t < 10 nm）中也被保留。在本研究中，在高阻Si（100）衬底上生长了厚度为t = 2-20 nm的铁磁Gdx（Fe 87.5Co 12.5）1-x薄膜，并在室温下用宽带铁磁共振测量方法进行了研究。通过调整它们的化学计量比，在2nm的Gdx（Fe_（87.5）Co_（12.5））_（1-x）Sr_2O_3薄膜中首次观察到了近似补偿的行为，其有效磁化强度为Meff = 0.02 T，有效吉尔伯特阻尼常数为α = 0.0078，与迄今报道的30 nm薄膜的最低值相当。这些结果为超快和节能的亚铁磁自旋电子器件的发展展示了巨大的前景。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci
High resolution determination of ferromagnetic metallic limit in epitaxial La1-xCaxMnO3 films on NdGaO3
锰氧化物的物理性质强烈依赖于样品的形态，可能是由于应变。我们调查的影响NdGaO 3基板上的铁磁金属相场的限制在La 1-xCaxMnO 3，掺杂x=1%的分辨率。x=0.40的膜显示金属-绝缘体转变，但铁磁体积分数是自旋对准值的一半。具有x=0.41的膜是类似的，但金属-绝缘体转变并不总是可见的。具有x=0.42、0.43、0.44、0.45的膜是绝缘的，并且磁化显著降低。所观察到的相边界指示在何处寻找可在薄膜和装置中利用的增强相分离效应。
2006-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh-temperature ferromagnetism in ultrathin insulating films with ripple-infinite-layer structure
该研究通过选择性调控自旋交换与库仑作用，在高压应变下还原SrFeO2.5，制备出具有波纹无限层结构、居里温度外推达1200 K的超薄绝缘铁磁SrFeO2薄膜，并观测到显著自旋霍尔磁电阻。
2024-12-06 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial integration of the intrinsic ferromagnetic semiconductor GdN with silicon technology
下一代自旋电子学器件的一个主要挑战是实现铁磁半导体薄膜作为自旋注入器和探测器。金属无法有效地实现自旋极化载流子注入，再加上本征铁磁半导体的稀有性，这推动了对稀磁半导体的深入研究。其中最主要的是掺杂的III-V族化合物（Ga，Mn）As。这些材料具有许多缺点;它们（i）需要远高于溶解度极限的磁离子掺杂，以及（ii）必须被空穴掺杂至高于简并极限，从而阻止对载流子浓度和电荷符号的独立控制。在这里，我们展示了第一外延生长的一个最近的特点本征铁磁半导体，GdN，在硅衬底上，提供了一个重要的一步，将新的自旋电子学功能集成到硅基技术。薄膜的特征在于它们的生长向完全放松的GdN，其载流子的密度和流动性，以及它们的磁行为。
2010-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Measuring the magnetic moment density in patterned ultrathin ferromagnets with submicron resolution
提出了一种新的方法来推断垂直各向异性铁磁薄膜中磁矩$I_s$的面密度。它依赖于定量杂散磁场测量与原子大小的磁力计的基础上的氮空位中心的钻石。该方法适用于在1 nm厚的CoFeB膜图案化的微结构。我们报告的测量$I_s$与百分之几的不确定性和空间分辨率的范围内$(100$纳米）$^2$，改进了几个数量级的现有方法。作为应用的一个例子，我们测量了由He $^+$离子局部照射引起的$I_s$的修饰。该方法为研究纳米尺度下磁性的变化提供了一条新的途径。
2015-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering magnetic anisotropy and the surface of epitaxial Fe films using ion beam erosion; unveiling self-assembly and tunability
本研究通过离子束刻蚀调控MgO(001)上外延超薄Fe膜的表面结构与磁各向异性，诱导出可逆的单轴各向异性及(2x2)表面重构，为自组装现象探索提供了新途径。
2023-06-20 cond-mat.mtrl-sci
