Lokalna struktura i własności magnetyczne epitaksjalnych warstw Mn5Ge3 domieszkowanych węglem

Seminarium wydziałowe

Dnia 2018-10-16 o godzinie 14:15 w sali 2011 Wydziału Fizyki UwB odbędzie się wykład, na którym Roger Kalvig z Instytutu Fizyki IFPAN w Warszawie  wygłosi wykład pt:

„Lokalna struktura i własności magnetyczne epitaksjalnych warstw Mn5Ge3 domieszkowanych węglem”

 

Serdecznie zapraszam

Andrzej Maziewski

Roger Kalvig, IFPAN, Warszawa.
Lokalna struktura i własności magnetyczne epitaksjalnych warstw Mn5Ge3 domieszkowanych węglem
Przedmiotem prezentacji są badania lokalnych właściwości strukturalnych i magnetycznych epitaksjalnych warstw Mn5Ge3 oraz domieszkowanych węglem warstw Mn5Ge3Cx. Ferromagnetyczny związek Mn5Ge3 krystalizujący w strukturze heksagonalnej (grupa przestrzenna P63/mcm) jest niezwykle obiecującym materiałem do zastosowań spintronicznych jako potencjalne źródło wysoko spolaryzowanych spinowo nośników prądu do Ge. Oprócz wysokiej polaryzacji spinowej elektronów przewodnictwa zaletami tego układu są kompatybilność z konwencjonalną elektroniką opartą na Si/Ge oraz wysoka temperatura Curie, która dodatkowo ulega znacznemu podwyższeniu do temperatury 445 K przy wprowadzeniu niewielkich domieszek węgla. Innym parametrem umożliwiającym techniczne wykorzystanie opisywanych układów jest prostopadła anizotropia magnetokrystaliczna, która może znaleźć zastosowanie zarówno w spintronice jak i w magnetycznym zapisie danych.
Sondowanie rozkładu lokalnych własności magnetycznych przy wykorzystaniu spektroskopii 55Mn NMR (jądrowego rezonansu magnetycznego) stanowi podstawowy kierunek badań niniejszej pracy doktorskiej. Drugim, pomocniczym kierunkiem było zbadanie makroskopowych własności magnetycznych tych materiałów. Wykorzystano technikę rezonansu ferromagnetycznego (FMR) oraz symulacje mikromagnetyczne (OOMMF) do określenia struktury domenowej w funkcji grubości warstwy oraz wyznaczenia stałych anizotropii magnetokrystalicznej w funkcji koncentracji węgla.
Jednym z najważniejszych wyników badań przeprowadzonych w niniejszej pracy było wykazanie istnienia silnej anizotropii pól nadsubtelnych na jądrach 55Mn w warstwach epitaksjalnych Mn5Ge3. W obu położeniach krystalograficznych manganu: 4(d) oraz 6(g) zaobserwowano różnicę pól nadsubtelnych pomiędzy namagnesowaniem zorientowanym w płaszczyźnie warstwy epitaksjalnej a kierunkiem „c”, prostopadłym do warstwy. Ponadto zaobserwowano, że krystalograficznie równoważne położenia 6(g) atomów Mn wykazują silną anizotropię pola nadsubtelnego w płaszczyźnie warstwy, związaną z sześciokrotną osią symetrii tego położenia. Obserwowaną anizotropię pól nadsubtelnych powiązano z orbitalnym wkładem do pola nadsubtelnego , wynikającym z niewygaszonego orbitalnego momentu pędu Mn. Zaproponowano, że anizotropia orbitalnego momentu pędu Mn jest również źródłem silnej jednoosiowej anizotropii magnetokrystalicznej charakterystycznej dla tych materiałów  i odpowiedzialnej za powstawanie paskowej struktury domenowej powyżej grubości 20 nm.
Charakter zmian rozkładu pól nadsubtelnych na jądrach 55Mn pod wpływem domieszkowania węglem świadczy o wbudowywaniu się atomów węgla w bezpośrednim sąsiedztwie manganu w położeniu 6(g) potwierdzając, że węgiel zajmuje luki międzywęzłowe 2 (b) w tej strukturze. Ponadto wykazano, że domieszkowanie węglem zmienia lokalnie moment magnetyczny jonu manganu  znajdującego się w położeniu 6(g),  w którego sąsiedztwie wbudowała się domieszka, oraz obniża anizotropię pól nadsubtelnych w obu położeniach manganu. Obniżona anizotropia pół nadsubtelnych może z kolei być powiązana z osłabieniem jednoosiowej anizotropii magnetokrystalicznej obserwowanym makroskopowo w przeprowadzonych badaniach FMR.

1. R. Kalvig, E. Jedryka, P. Aleshkevych, M. Wojcik, W. Bednarski, M. Petit and L. Michez, „Ferromagnetic resonance in Mn5Ge3 epitaxial films with weak stripe domain structure”, J. Phys. D Appl. Phys. 50, (2017) 125001
2. R. Kalvig, E. Jedryka, M. Wojcik, G. Allodi, R. De Renzi, M. Petit and L. Michez, „Hyperfine fields and anisotropy of the orbital moment in epitaxial Mn5Ge3 films studied by 55Mn NMR”, Phys. Rev. B 97, (2018) 174428
3) Roger Kalvig, Lokalna struktura i własności magnetyczne epitaksjalnych warstw Mn5Ge3 domieszkowanych węglem, rozprawa doktorska, IFPAN , Warszawa 2018