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
Perpendicular magnetic anisotropy in Pt/Co-based full Heusler alloy/MgO thin films structures
双磁结构中的垂直磁各向异性(PMA)是电控自旋电子器件发展的关键因素。由于钴基全Heusler合金具有较大的自旋极化、较高的居里温度和较低的吉尔伯特阻尼,因此从科学和应用的角度来看,钴基全Heusler合金具有特殊的重要性。在这里,我们研究的机制负责的PMA在Pt/Co基全Heusler合金/MgO薄膜结构。我们发现,即使在没有磁性退火的情况下,P-Heusler薄膜也表现出很强的PMA。通过铁磁共振实验,我们证明了有效磁化强度表现出两个区域的行为依赖于Heusler层的厚度。使用俄歇光谱测量,我们的证据在底层/Heusler接口和形成的界面CoFe丰富的层,导致两个政权的行为的相互扩散。在这种情况下的的铁磁膜,界面CoFe丰富的层促进强PMA通过电子杂化的金属合金和氧轨道的铁磁体/MgO界面。此外,界面CoFe富集层还产生了自旋泵效应之外的吉尔伯特阻尼的增加。我们的研究结果表明,强PMA的Heusler/MgO界面是不是一个固有的属性,但它是积极的相互扩散的影响,这可以通过适当选择的底层材料进行调整,因为我们显示的情况下的Pt,Ta和Cr底层。
2019-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Thermal generation of spin current in epitaxial CoFe2O4 thin films
研究了高质量外延CoFe_2 O_4(CFO)薄膜的纵向自旋塞贝克效应(LSSE)。由于逆自旋霍尔效应(ISHE),CFO膜中的热激发自旋电流在相邻的Pt层中被电检测到。LSSE信号随着温度梯度的增加而线性增加,在室温下产生约100 nV/K的LSSE系数。从室温到30 K的温度依赖性的LSSE进行了研究,在低温下显着减少,揭示了热产生的磁振子的总量减少。此外,我们证明了自旋Seebeck效应是一个有效的工具来研究外延应变引起的磁各向异性,特别是在低磁矩的SiGe薄膜。
2015-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-Dependent Magnetoelasticity and its Effects on Perpendicular Magnetic Anisotropy in Ta|CoFeB|MgO Thin Films
我们报告的测量超薄Ta |CoFeB| MgO层作为单轴应变的函数的面内磁弹性耦合,使用四点弯曲装置进行。对于退火的样品,我们观察到强烈的依赖于CoFeB层的厚度在1.3-2.0 nm的范围内,这可以被建模为所产生的组合的有效表面和体积的磁致弹性耦合的贡献。我们指出,如果存在类似的厚度依赖性的磁弹性耦合响应双轴应变,那么标准的Néel模型的磁各向异性能量收购一项成反比的磁性层厚度。这种贡献可以显著改变整体磁各向异性,并为磁各向异性能量对磁性层厚度的强非线性依赖性提供了自然的解释,这种依赖性通常在退火的CoFeB中观察到|具有垂直磁各向异性的MgO薄膜。
2015-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Interface control of the magnetic chirality in CoFeB|MgO heterosctructures with heavy metal underlayers
最近的进展,在理解自旋轨道效应的双磁性异质结构开辟了新的范例,以控制磁矩电。据说Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用(Dzyaloshinskiii-Moriya interaction,Dzyaloshinskii-Moriya interaction)在形成Neel型畴壁中起关键作用,该畴壁可以由自旋霍尔扭矩驱动,自旋霍尔扭矩是由相邻非磁性层中经由自旋霍尔效应产生的自旋电流产生的扭矩。在这里,我们表明,在垂直磁化的X |CoFeB| MgO异质结构中,通过改变相邻的重金属底层(X),可以改变重金属的强度和符号。尽管具有相同的自旋霍尔角,但取决于底层,畴壁沿着或逆着电子流移动。我们发现,当底层由Hf变为W时,畴壁螺旋的旋转方向是相反的,并且畴壁螺旋的强度随重金属层的5d电子数的变化而变化。甚至可以通过向底层中添加氮来调节磁性,从而允许磁性异质结构中的磁性织构的界面工程。
2014-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quasistatic and Pulsed Current-Induced Switching with Spin-Orbit Torques in Ultrathin Films with Perpendicular Magnetic Anisotropy
自旋-轨道相互作用产生的自旋力矩提供了一种利用在层的平面中流动的电流来反转垂直磁化的双折射膜的磁化的手段。应用中的一个基本和关键问题是纳秒电流脉冲开关的速度和效率。在这里,我们调查和对比准静态(慢扫电流)和脉冲电流感应开关特性的微米级霍尔十字组成的非常薄的($<1$ nm)垂直磁化CoFeB层$β$ -Ta。虽然在准静态情况下在阈值电流密度下发现完全磁化反转,但短持续时间($\leq 10$ ns)较大幅度脉冲($\simeq 10 \times$准静态阈值电流)仅导致部分磁化反转和畴形成。我们将部分反转与脉冲期间反转畴扩展的有限时间相关联。
2015-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic phase transitions in Ta/CoFeB/MgO multilayers
我们研究了Ta/Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO多层膜的电输运特性和磁性隧道结纳米柱。这些测量结果表明,在Co $_{20}$ Fe $_{60}$ B $_{20}$ /MgO界面处形成了磁性氧化物层。在大约160 K时,氧化物经历从低温下的绝缘反铁磁体到高温下的导电弱铁磁体的相变。这种界面磁性氧化物有望对用于自旋扭矩存储器的CoFeB基多层膜的磁性产生重大影响。
2015-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electric-field-induced strain-mediated magnetoelectric effect in CoFeB-MgO magnetic tunnel junctions
磁偶极子和电偶极子之间的磁电耦合是现代物理学发展最节能的磁数据存储的基石之一。传统上,磁电耦合是在单相多铁性或磁电复合纳米结构组成的铁磁和铁电/压电材料。本文利用动态磁电和压电响应力显微测量技术,研究了非压电材料的CoFeB/MgO磁性隧道结中的电场诱导应变介导磁电效应。研究表明,外加电场在介电MgO的几个原子层中引起应变,应变被转移到磁致伸缩CoFeB层,导致在-0.5 V下的幅度高达80.8 V cm-1 Oe-1的磁电效应。在磁性隧道结中利用电场介导的磁电效应是朝向探索磁电控制的自旋电子器件的重要一步,低功率和高密度磁数据存储应用。
2013-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth and characterization of ultrathin cobalt ferrite films on Pt(111)
采用氧辅助分子束外延技术在Pt(111)衬底上生长了厚度分别为5 nm和20 nm的CoFe 2 O 4薄膜。它们的特点是在原位使用俄歇电子能谱,低能电子衍射,扫描隧道显微镜和转换电子穆斯堡尔谱。所生长的薄膜由小的纳米晶粒组成。退火的薄膜产生的晶粒尺寸的增加,并在室温下引起的磁秩序,虽然与一小部分的薄膜保持在顺磁状态。退火也诱导钴偏析到较厚的膜的表面。在低温下测得的穆斯堡尔谱表明钴铁氧体,两种薄膜显示出非常相似的超精细图案。在氧气或真空中退火影响的阳离子分布,这是更接近预期的情况下,在氧气气氛中退火的反尖晶石。
2022-01-18 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
Enhancement of perpendicular magnetic anisotropy and Dzyaloshinskii-Moriya interaction in thin ferromagnetic films by atomic-scale modulation of interfaces
为了稳定非平凡的自旋纹理,例如,由于重金属磁性薄膜中的Skyrmions或手性畴壁,堆叠的重金属层的强自旋轨道耦合(SOC)必须引起额外的自由度,例如界面Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用(IDMI)。然而,先进的方法,同时控制IDMI和垂直磁各向异性(PMA)需要未来的自旋轨道电子器件的实现。在这里,我们显示了原子尺度的表面调制的磁性能和IDMI的影响,在由5d重金属/铁磁体/4d(5d)重金属或氧化物界面,如Pt/CoFeSiB/Ru,Pt/CoFeSiB/Ta,和Pt/CoFeSiB/MgO组成的超导薄膜。最大IDMI值对应于铁磁层的底部和顶部界面的相关粗糙度。所提出的方法显着提高PMA和IDMI通过在原子尺度上的界面粗糙度工程提供了一个强大的工具,其功能的精确和可靠的可控性的自旋轨道电子器件的发展。
2020-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interface control of the magnetic chirality in TaN|CoFeB|MgO heterosctructures
最近的进展,在理解自旋轨道效应的双磁性异质结构开辟了新的范例,以控制磁矩电。据说Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用(Dzyaloshinskiii-Moriya interaction,Dzyaloshinskii-Moriya interaction)在形成Neel型畴壁中起关键作用,该畴壁可以由自旋霍尔扭矩驱动,自旋霍尔扭矩是由相邻非磁性层中经由自旋霍尔效应产生的自旋电流产生的扭矩。在这里,我们表明,的符号,这决定了畴壁与电流移动的方向,可以通过修改相邻的非磁性层改变。我们发现当Ta底层掺杂氮时,在Ta |CoFeB| MgO异质结构中畴壁螺旋的旋转方向是相反的。Ta和氮掺杂的Ta底层的自旋霍尔角具有相同的符号,这表明在界面处限定了自旋霍尔角的符号。取决于旋转的方向,自旋转移力矩和自旋霍尔力矩可以相互竞争或相互帮助,从而影响用电流移动畴壁的效率。
2013-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Giant Electrostatic Modification of Magnetism via Electrolyte-Gate-Induced Cluster Percolation in La$_{1-x}$Sr$_x$CoO$_{3-δ}$
电磁控制是物理学和技术领域的一个长期目标,最近发展起来的电解质门控技术为实现这一目标提供了一条很有前途的途径。验证了最近的理论预测,在这里,我们证明了大的增强静电调制的铁磁顺序离子凝胶门控镧$_{0.5}$锶$_{0.5}$ CoO $_{3-δ}$的磁渗透过渡的边缘的厚度调谐。仅需3-4 V的电压就能驱动从短程有序绝缘体到强大的长程铁磁金属的转变,从而在150 K的窗口内实现巨大的静电居里温度调制。在操作极化中子反射仪证实门控铁磁性,也表现出异常深的感应磁化的渗透,进一步与理论一致。
2018-07-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enhanced orbital magnetic moments in magnetic heterostructures with interface perpendicular magnetic anisotropy
我们研究了磁性异质结构中轨道磁矩对磁性层厚度的依赖性,以确定界面的贡献。三种不同的异质结构,Ta/CoFeB/MgO,Pt/Co/AlO $_x$和Pt/Co/Pt,具有显着的界面贡献的垂直磁各向异性,作为模型系统进行了研究。X射线磁性圆二色光谱用于评估构成异质结构的磁性元素的相对轨道矩,即轨道矩与自旋矩的比率。我们发现,Pt/Co/Pt中Co的相对轨道矩相对于其厚度保持不变,而Pt/Co/AlO $_x$中Co的相对轨道矩随Co层厚度的减小而增大,表明后者系统存在非零的界面轨道矩.对于Ta/CoFeB/MgO,只有Fe存在非零的界面轨道矩。X射线吸收谱表明,Pt/Co/AlO $_x$中存在一种特殊的Co氧化态,这种氧化态可能引起该体系的界面轨道矩。这些结果显示了元素特定的贡献,界面轨道磁矩在磁性异质结构。
2015-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Interfacial Control of Dzyaloshinskii Moriya Interaction in Heavy Metal_Ferromagnetic Metal Thin Film Heterostructures
双磁性薄膜异质结构中的界面DzyaloshinskiiMoriya相互作用(DzyaloshinskiiMoriya Interaction,简称DzYM)为在介观尺度上控制自旋织构提供了一种新的途径。本文利用布里渊光散射研究了Ta_CoFeB_Pt(wedge)_MgO薄膜中Pt楔插入层对界面极化常数D的影响。通过插入少于一个单层的Pt,实现了D的连续调谐超过三倍。这些观测结果为设计磁性薄膜异质结构提供了新的见解,这些异质结构具有定制的D以控制Skyrmion和磁畴壁手性和动力学。
2016-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Electric field control of magnetic exchange coupling
电控磁性是一个愿景,推动了对磁性半导体和多铁性材料的深入研究。最近,还报道了在室温下,双金属薄膜表现出磁电效应。在这里,我们展示了更强大的影响,利用自然生长的氧化层交换耦合到一个底层铁磁体的还原/氧化反应。对于示例性研究的FePt/铁氧化物复合物在电解质中,获得了大的和可逆的磁化强度和各向异性的变化。该原理可以转移到各种金属/氧化物组合。它代表了一种实现多功能的新方法。
2013-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Reversible Tuning of Superconductivity in Ion-Gated NbN Ultrathin Films by Self-Encapsulation with a High-$κ$ Dielectric Layer
离子门控是用于经由电场诱导的电荷掺杂来调整材料的物理性质的强大技术,但是倾向于在门控材料中引入超出纯静电的非本征无序和不期望的电化学改性。相反,可逆的、易失性的和静电调制在通过离子门控可获得的静电感应电荷密度实现的新型器件概念的可靠设计和操作中是关键的。在这里,我们展示了一个简单而有效的方法,实现可逆的和挥发性的表面敏感的氮化铌薄膜通过控制其表面的氧化门控。所得的氧化铌封装层表现出与未封装的离子晶体管的电容相当的电容,承受超过栅极电解质的电化学稳定窗口的栅极电压,并且使得封装膜的正常状态电阻率和超导转变温度两者的完全可逆的可调谐性成为可能。我们的方法应该是可转移到其他材料和设备的几何形状,更标准的封装技术是不容易适用。
2022-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Functional thin films as cathode/electrolyte interlayers: a strategy to enhance the performance and durability of solid oxide fuel cells
诸如固体氧化物燃料电池(SOFC)的电化学装置可以极大地受益于纳米工程化薄膜多功能层的实施,该纳米工程化薄膜多功能层除了提供增强的电化学活性之外,还提供改善的机械和长期稳定性。采用脉冲激光沉积法制备了Sm 0. 2Ce 0. 8 O 1. 9-La 0. 8 Sr 0. 2 MnO 3- $δ$自组装纳米复合材料,并将其作为阳极支撑固体氧化物燃料电池的功能氧电极.在电池结构中引入功能性双层导致用于制造高性能燃料电池(在0.7 V和750 $^\circ$ C下功率密度为1.0 W.cm-2)的简单加工技术。耐久性测试进行了长达1500小时,显示在极端的操作条件下的1 A.cm-2的小降解,而在0.5 A.cm-2的稳定行为。测试后的分析,包括扫描和透射电子显微镜和电化学阻抗谱,表明纳米工程薄膜层保持大部分操作后的形态稳定。
2022-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Interfacial Coupling in Multiferroic-Ferromagnet Heterostructures
我们报告本地探针调查BiFeO 3薄膜和铁磁Co0.9Fe0.1层之间的磁相互作用。在Co0.9Fe0.1中的层内交换耦合的约束下,铁磁体中的多铁性印记导致局部磁化和面内BiFeO 3铁电极化的共线布置。磁各向异性是单轴的,并在面内的有效耦合场的顺序为10 mT的推导。作为多铁性层厚度的函数的测量表明,对于3 nm厚的BiFeO 3膜,多铁性层对磁性层的影响变得可以忽略不计。我们归因于这种故障的交换耦合到一个削弱的反铁磁顺序的BiFeO 3薄膜的基础上,我们的X-射线线性二向色性测量。这些观察结果是一致的界面之间的CoFe的时刻和倾斜的反铁磁矩的BiFeO 3交换耦合。
2013-04-19 cond-mat.mtrl-sci
Spin Hall torque driven chiral domain walls in magnetic heterostructures
描述了自旋霍尔力矩驱动下双磁性异质结构中磁畴壁的运动。我们展示了垂直磁化CoFeB的结果|具有各种重金属底层的MgO异质结构。畴壁根据底层材料的不同沿电流流动方向或逆电流流动方向移动。畴壁移动的方向与在这些异质结构中形成的畴壁螺旋的手性相关联。一维模型被用来描述的实验结果和提取参数,如Dzyaloshinskiii-Moriya交换常数,这是负责的畴壁螺旋的形成。本文描述了在磁性异质结构中界面控制所引起的快速效应。
2015-03-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunnel magnetoresistance and robust room temperature exchange bias with multiferroic BiFeO3 epitaxial thin films
我们报告的功能化的多铁性BiFeO 3外延薄膜的自旋电子学。第一个例子是通过在具有La 2/3Sr 1/3 MnO 3和Co电极的磁性隧道结中使用BiFeO 3的氧化物层作为隧道势垒来提供的。在这种结构中,在低温下获得了高达30%的正隧道磁电阻。第二个例子是利用BiFeO 3薄膜的反铁磁自旋结构,在室温下在CoFeB铁磁薄膜上产生相当大的(~60 Oe)交换偏置。值得注意的是,交换偏置效应在磁场循环时是稳健的,没有训练的迹象。
2006-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry of the dissipation of surface acoustic waves by ferromagnetic resonance
Université Paris-Saclay(巴黎萨克雷大学);C2N, CNRS(C2N,法国国家科学研究中心);SPEC, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay(SPEC,法国原子能和替代能源委员会,法国国家科学研究中心,巴黎萨克雷大学)
研究表面声波与铁磁共振在CoFeB磁性薄膜与压电LiNbO3基底耦合的对称性,发现磁性薄膜吸收声波能量的2倍对称性可能源于磁弹性扭矩和铁磁共振磁化率。
2024-12-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech