Sputtering ने आदेश दिया मिश्र का epitaxial परतों को तैयार करने के लिए एक विधि का वर्णन किया है. यह रासायनिक आदेश और मिश्र धातु की सटीक संरचना की डिग्री पर संवेदनशीलता निर्भर करता है कि एक metamagnetic संक्रमण को प्रदर्शित करता है के रूप में बी 2 के आदेश दिए FeRh परिसर, एक उदाहरण के रूप में प्रयोग किया जाता है.
रासायनिक आदेश दिया मिश्र चुंबकीय Nanotechnologies की एक किस्म में उपयोगी होते हैं. वे सबसे सुविधाजनक sputtering तकनीक का उपयोग कर एक औद्योगिक पैमाने पर तैयार कर रहे हैं. यहाँ हम एक क्रिस्टल एम जी ओ substrates पर बयान धूम द्वारा बी 2 के आदेश दिए FeRh की epitaxial पतली फिल्मों की तैयारी के लिए एक विधि का वर्णन. एक गर्म सब्सट्रेट पर एक धीमी दर पर बयान दोनों को adatoms के लिए समय B2 संरचना के फे और आरएच sublattices में उनका उचित स्थान तलाशने के लिए भी सब्सट्रेट के साथ एक अच्छी तरह से परिभाषित epitaxial रिश्ते के साथ एक जाली में बसा है और अनुमति देता है. संरचना सुविधा एक्स – रे reflectometry और विवर्तन के साथ होती है और ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ पार वर्गों का उपयोग सीधे देखे जा सकते हैं. बी 2 के आदेश दिए FeRh एक असामान्य metamagnetic चरण संक्रमण दर्शाती: जमीन राज्य antiferromagnetic है लेकिन मिश्र धातु यह एक 1% के साथ है के बारे में 380 कश्मीर के एक ठेठ तापमान परिवर्तन के साथ हीटिंग पर एक ferromagnet में बदल देती हैयूनिट सेल की मात्रा विस्तार: थोक में isotropic, लेकिन laterally एक epilayer में clamped. antiferromagnetic जमीन राज्य और एसोसिएटेड पहले के आदेश चरण संक्रमण की उपस्थिति सही equiatomic stoichiometry और उचित बी 2 आदेश देने के लिए बहुत संवेदनशील है, और इसलिए इस दृष्टिकोण के साथ जमा किया जा सकता है कि परतों की गुणवत्ता को प्रदर्शित करने के लिए एक सुविधाजनक साधन है. हम भी चरण में परिवर्तन का पता लगाया जा सकता है जिसके द्वारा विभिन्न तकनीकों के कुछ उदाहरण दे.
अनुक्रमिक बयान और सब्सट्रेट सामग्री की एक वेफर की सतह पर पतली फिल्मों की patterning: माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उद्योग के केंद्रीय प्रतिमान तलीय प्रसंस्करण की विधि है. बहुत बार, सब्सट्रेट एक क्रिस्टल है, और फिल्मों epitaxial होने की जरूरत है, कि अंतर्निहित सब्सट्रेट के साथ क्रिस्टल रजिस्टर में कहने के लिए है. अर्धचालक सामग्री के साथ, यह आम तौर पर 2 के निर्माण में 1 या metalorganic भाप चरण Epitaxy (MOVPE) की स्थापना एक प्रयोगशाला में आणविक बीम Epitaxy (एम बी इ) का उपयोग कर या तो हासिल की है.
एमबीई से धातुओं की epitaxial विकास संभव है जबकि, वे आसानी से sputtering द्वारा जमा है, और यह अनुसंधान और औद्योगिक सेटिंग्स दोनों में पतली चुंबकीय फिल्मों के बयान के लिए सबसे आम तरीका है. इस विधि सामान्यतः एक एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट पर polycrystalline फिल्मों, epitaxial विकास के विकास के साथ जुड़ा हुआ है जबकि कुछ शर्तों के तहत संभव है <sऊपर> 3. ये आम तौर पर (कम से कम प्रारंभिक परतों के लिए) एक उठाया सब्सट्रेट तापमान, एक धीमी गति से जमा दर, और एक कम निर्वात चैम्बर आधार दबाव में शामिल हैं. यह दृष्टिकोण उदाहरण के लिए, विशाल magnetoresistance बहुपरत सामग्री 4, 5 को तैयार करने के लिए इस्तेमाल किया गया है.
हमारी अपनी प्रयोगशाला में, हम एकल क्रिस्टल substrates पर चुंबकीय सामग्री की एक किस्म तैयार करने के लिए epitaxial sputtering का इस्तेमाल किया है. यह जाली से मिलान सह 70 फ़े 30 रचना 6 का चयन करके, उदाहरण के लिए, GaAs (001) पर COFE मिश्र धातु epilayers विकसित करने के लिए संभव हो गया है. इस सामग्री को सह और Fe परमाणुओं बेतरतीब ढंग से बीसीसी साइटों जाली आबाद जहां एक ठोस समाधान है. हम भी विभिन्न रासायनिक परमाणु प्रजाति विशेष जाली साइटों को लेने की आवश्यकता है, जहां चुंबकीय मिश्र, का आदेश दिया हो गए हैं. हम यहाँ का वर्णन होगा विकास प्रोटोकॉल शुरू में रुचि है जो कर रहे हैं एल 1 0 के आदेश दिए FePd और FePt मिश्र, के विकास के लिए विकसित किया गया थाince वे एक बहुत ही उच्च magnetocrystalline anisotropy 7 के पास है. हम बैलिस्टिक और वाचाल स्पिन polarized परिवहन 8, 9 और एम बी इ 11 की वृद्धि हुई परतों के लिए तुलनीय गुणवत्ता के हैं जो विषम हॉल प्रभाव इन सामग्रियों में 10, के बीच संबंध का अध्ययन किया है.
यहाँ हम बी 2 के आदेश दिए FeRh epilayers के उदाहरण का उपयोग हमारी epitaxial विकास विधि समझाना होगा. फे और आरएच हालांकि एक बी 2 के आदेश दिए परिसर के पास equiatomic रेंज 49-53% परमाणु फ़े 12 में stoichiometries के लिए संतुलन राज्य है, किसी भी रचना पर मिश्र बनेगी. इस तथाकथित α "- चरण → 400K 13, 14, 15 = 350 टी टी चारों ओर एक α 'चरण ferromagnet (एफएम) बनने, हीटिंग पर एक पहली आदेश चरण संक्रमण दर्शाती है कि एक antiferromagnet (वायुसेना) है. दो अलग लेकिन दोनों पूरी तरह से आदेश दिया चुंबकीय राज्यों (प्रकार द्वितीय वायुसेना 16 और एफएम) के बीच इस metamagnetic संक्रमणबी 2 जाली 17, 18 में एक isotropic 1% मात्रा विस्तार के साथ है, एक बड़े एन्ट्रापी, प्रतिरोधकता 14 में एक बड़ी गिरावट, और वाहक एकाग्रता 20 में एक बड़ी वृद्धि 19 जारी. न्यूट्रॉन विवर्तन 21, 16 और अधिक हाल ही में XMCD माप 22 μ फ़े के साथ, एफएम चरण में आरएच को सौंप दिया है वायुसेना चरण में फे पर केन्द्रित 3.3 μ बी चुंबकीय क्षण के उस हिस्से का संकेत ~ 2.2 μ बी और μ आरएच ~ 0.6 μ बी. एफएम के लिए क्यूरी तापमान α 'चरण X> 0.53 23 के साथ मिश्र की क्यूरी तापमान के लिए 670 कश्मीर में 14, तुलनीय ~ है. metamagnetic संक्रमण तापमान टी टी × रचना के लिए बेहद संवेदनशील है फ़े × आरएच 1 – × 23, 24, और चुंबकीय लागू फाई की ~ 8 कश्मीर / टी द्वारा दबा दिया जाता हैवृद्धावस्था 25, 15. शारीरिक व्यवहार इस अमीर सरणी उचित बी 2 के आदेश दिए संरचना को प्राप्त करने पर निर्भर करता है और इसलिए बढ़ रही है की एक विधि को प्रदर्शित करने के लिए यह एक सुविधाजनक उदाहरण हैं, जिससे एक नमूना में उचित रासायनिक आदेश देने का पता लगाने के लिए तैनात किया जा माप तकनीक की एक विस्तृत विविधता परमिट उच्च गुणवत्ता मिश्र धातु epilayers का आदेश दिया.
यहाँ हम इस विधि अच्छा crystallographic गुणवत्ता और B2 रासायनिक आदेश देने के एक उच्च स्तर की FeRh की epilayer नमूने तैयार करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि प्रदर्शन किया है. विधि आदेश दिया मिश्र सहित epitaxial धातु परतों की एक विस्तृत विविधता की तैयारी के लिए अनुकूल है. Stoichiometry सही है और रासायनिक आदेश देने के मौजूद है जब यह एक नाटकीय चरण संक्रमण से पता चलता है, जैसा कि हम यहाँ एक उदाहरण के रूप में बी 2 के आदेश दिए FeRh मिश्र धातु का इस्तेमाल किया है एक कला है, यह विधि भी अन्य सामग्री के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. उदाहरण के लिए, FePd और FePt दोनों एक बहुत मजबूत अक्षीय magnetocrystalline anisotropy की ओर जाता है, जो एल 1 0 चरणों है. हम सफलतापूर्वक FePt 8 में डोमेन दीवार प्रतिरोध दिखा रहा है, अतीत में इस माल की वृद्धि हुई है, और FePd और FePt 10 दोनों में बड़ी विषम हॉल प्रभाव. विकास तापमान और दर और सब्सट्रेट के लिए एक उपयुक्त विकल्प का एक उचित समायोजन के साथ, इस विधि अलग की एक विस्तृत विविधता की तैयारी के लिए उपयोगी होना चाहिएरासायनिक आदेश प्रदर्शित चुंबकीय और गैर चुंबकीय धातु epilayers अलग.
फिर भी, इस दृष्टिकोण की एक सीमा epitaxy प्राप्त करने के लिए एक एकल क्रिस्टल सब्सट्रेट के लिए की जरूरत है. इस कठिनाइयों ऐसे लगभग सर्वव्यापी सी के रूप में एक और सब्सट्रेट वफ़र पर बनाया गया एक प्रौद्योगिकी में ऐसी योजना को देखने ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन या एक्स – रे माइक्रोस्कोपी या एकीकरण के रूप में प्रयोग प्रदर्शन में सामना किया जा सकेगा. इस समस्या को हल करने के लिए एक संभावित साधन FeRh तो जमा किया जा सकता है जिस पर एक पतली एम जी ओ परत विकसित करने के लिए है. यह प्रत्येक MgO अनाज की 37 शीर्ष पर स्थानीय epitaxial विकास nucleates कि बाहर के विमान बनावट प्राप्ति कर सकते हैं. उल्लेखनीय है, यह सामान्य सब्सट्रेट 38 से 45 डिग्री पर उन्मुख है कि बंदूक की सहायता एक आयन बीम के साथ एक विधि का उपयोग (001) बनावट और एक अनाकार सतह पर में विमान crystallographic संरेखण है कि दोनों एक पतली एम जी ओ परत विकसित करने के लिए संभव है. यह जैसे इलेक्ट्रॉन या एक्स – रे टी पर बी 2 के आदेश दिए FeRh के विकास की अनुमति सकता हैहमारे प्रोटोकॉल में आवश्यक उच्च विकास तापमान जीवित करने में सक्षम है, या एक सी वफ़र की देशी ऑक्साइड परत पर हैं जो ransparent सी एन 3 4 झिल्ली,.
विधि का शोधन आगे यह ultrathin है जब FeRh epilayer में बी 2 आदेश को बढ़ावा देने के लिए इस तरह Nial के रूप में 39 बी 2 के आदेश दिए underlayers का उपयोग करते हैं,,, या एकाधिक रासायनिक का आदेश दिया परतों 37 को शामिल heterostructures का निर्माण करने के लिए इसके उपयोग में शामिल हैं. FeRh, का निर्माण (एयू 40, 27 या पीडी 40, 43 का उपयोग कर उदाहरण के लिए) नीचे (आईआर 40, 41 या पीटी 40, 42 का उपयोग कर उदाहरण के लिए) या संक्रमण के तापमान टी टी समायोजित करने के लिए आरएच साइट पर डाल दिया गया हो सकता है नमूना गरम किया जाता है और ठंडा रूप FeRh परतों में प्रोफाइल डोपिंग डिजाइन में चुंबकीय प्रोफाइल के लिए नेतृत्व कर सकते हैं. यह एक नियंत्रणीय रास्ता 44 में एक epilayer के विशुद्ध रूप से चुंबकीय स्तरीकरण पैदा करने के लिए एक मार्ग खुल जाता है.
The authors have nothing to disclose.
इस काम अनुदान संख्या EP/G065640/1 तहत और अमेरिका के राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा ब्रिटेन इंजीनियरिंग और शारीरिक विज्ञान अनुसंधान परिषद द्वारा समर्थित किया गया अनुदान संख्या DMR-0908767 तहत [एमएल और LHL] और अनुदान संख्या DMR-0907007 [डीएच].
Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
Sputter Deposition System | Kurt J. Lesker Company | Bespoke | |
MgO Single Crystal Substrate | Pi-Kem | Single-sided epi-polished | (001) orientation |
FeRh sputtering target | Pi-Kem | Bespoke | 50 mm diameter |
Transmission Electron Microscope | FEI | Tecnai TF20 | |
X-ray Diffractometer | Brüker | D8 Discover | |
SQUID Magnetometer | Quantum Design | MPMS-XL 5 |