Name: sputter growth and characterization of metamagnetic b2-ordered ferh epilayers
Uploaded: 2013-10-05T23:30:00
Duration: 12 min 20 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Sputter Growth and Characterization of Metamagnetic B2-ordered FeRh Epilayers at JoVE.com

Эта работа была поддержана Великобритании инженерным и физическим научным исследованиям Совета под номером грант EP/G065640/1 и американским Национальным научным фондом под номером грант DMR-0908767 [ML и любительских] и номер гранта DMR-0907007 [DH].

В этом протоколе, тонкие пленки заказанного FeRh сплава сделаны с DC-магнетронного распыления на MgO (001). Образцы выращивают в магнитном поле около 200 Oe, представленной постоянного магнита массива, который используется для установки в плоскости магнитной анизотропии. Целевое диаметр 50 мм, а расстояние между мишенью и подложек около 10 см. Чтобы вырастить FeRh, постоянного магнитного Торус магнетронная пушка подходит для магнитных материалов используется. Нагреватели луковицы расположены 2 см выше субстратов, в окружении металлического цилиндра, чтобы держать с подогревом объем небольшой. Максимальная температура можно в этой системе составляет ~ 1050 К. Эта система способна удерживать 24 различных субстратов, однако мы, как правило, растут менее 10 при принятии образцы эпитаксиальных из-за нехватки времени. Детали, представленные здесь, для этого протокола пробоподготовки, как известно, работает хорошо в нашей вакуумной системы. Поскольку существует много эквивалентных вакуумные системы, которые отличаются по их подробносек, требования к количественным параметрам, таких как температура, время и т.д.. а может принимать различные оптимальные значения в других системах. Тем не менее, ниже описание окажется полезным руководством для читателя. В подробном протоколе ниже, предполагается, что читатель знаком с основами хорошей вакуумной практике, например, использования перчаток для обработки всех компонентов, которые войдут в вакуумную камеру [см., например, ссылаться на 26]. 1. Субстрат и целевой подготовки В этом разделе описывается подготовка осаждения камеры распыления и отдельные подложки кристалла MgO. <ol><li> Промойте (001) MgO субстратов в изопропаноле и смонтировать их в держатели подложки. Загрузите их в вакуумной камере. </li><li> Установите цель FeRh в магнетронной пушки и собрать пистолет. Для образца с эквиатомного состава, мы обнаружили, что цель с Fe 47Резус-53 является наиболее подходящим, получая ясное фазовый переход магнитоструктурный. Проверьте, что нет короткого замыкания между магнетрона и окружающей щита. Точно так же, подготовить любую цель (ы), которые будут использоваться для укупорки слоев. </li><li> Закройте вакуумную камеру и насос ее вниз. </li><li> Как только вакуум лучше 1 х 10 -6 Торр, нагреть подложек до 870 К. Monitor уровень вакуума и скорость нагрева для того, чтобы давление не поднимется выше этого уровня. Держите при этой температуре в течение ночи. </li><li> За час до начала роста, начинают течь жидкий азот через ловушку Мейснера. Вакуум должен улучшить, чтобы лучше, чем 4 х 10 -7 Торр. </li><li> Установите регулятор массового расхода до 65 кубических сантиметров в минуту потока рабочего газа. Распылением газа Ar 4% водорода, чтобы избежать окисления образца в процессе роста. Откройте клапан подачи газа. Давление в камере должна подняться на низком диапазоне мтор. </li><li> Перед роста, предварительно распыления цель FeRh для1200 сек при 30 Вт </li></ol> 2. Эпитаксиального осаждения В этом разделе описываются отложение слоя FeRh ДК-магнетронного распыления. <ol><li> Отрегулируйте уставку контроллера массового расхода, чтобы дать давлении в камере 4 х 10 -3 Торр. Разрешить давление, чтобы погасить до стабильного значения. </li><li> Убедитесь, что температура подложки остается при 870 К и стабилен. </li><li> При подаче питания на магнетрон обеспечивать общую скорость осаждения 0,4 А / сек. В камерах, оснащенных кварцевого монитора, это может быть сделано с помощью этого монитора, если соответствующим образом откалиброван. Если камера не имеет кварцевый кристалл монитор, измерения толщины после роста может быть полезным, а также высокий уровень воспроизводимости между трасс. </li><li> Открыть затвор и хранение FeRh на нагретую подложку в течение периода времени, подходящего для получения желаемого толщину. Например, 500 сек осаждение даст образец толщиной 20 нм. &lt;/ Li&gt; <li> Закройте затвор. </li><li> Выключите питание магнетрона. </li><li> Закрыть кран подачи газа. </li><li> Увеличение температуры образца до 970 К. Удержание образцы при этой температуре в течение одного часа. Давление должно оставаться лучше, чем 1 × 10 -6 Торр всем. Эффекты различной эту температуру отжига можно найти в де Vries и др. 20. </li><li> Выключите питание нагревателя и охлаждения образцов до комнатной температуры. В этой системе, на это уходит не менее трех часов. </li><li> Депозит любой покрывая слой требуемой, используя шаги, подобные шаги 2.1-2.7. Внесение укупоривания слой при температуре ниже ~ 370 K имеет важное значение для предотвращения взаимной диффузии в слой FeRh 27. </li><li> Удалить воздух из камеры сухим азотом, откройте его и удалите образцы. Они должны появляться яркие и блестящие. </li></ol> 3. Регулярное Характеристика после роста В этом разделе представлен обзор основных characterizatiо мерах, проведенных на большинстве наших образцов FeRh. Как есть много возможных эквивалентные способы получения этих измерений, характер описания здесь менее подробный и предписывающий, и довольно сосредоточиться на существенных признаков любых таких измерений. <ol><li> Выполните низкий угол Χ лучей отражательной сканирование для определения толщины образца. Установите образец в дифрактометре и выровняйте его в ω с углом детектора 2 θ ≈ 1 °. Если есть возможность, χ также должны быть выровнены. Запустите стандартный θ-2θ сканирования с θ работает от 0 ° до шума прибора не будет достигнуто, как правило, один раз θ ≥ 6 ° для хорошего образца качества. Ясно Kiessig (помехи тонкопленочный) полосы должны быть видны, из которых толщина эпитаксиального слоя может быть определена. </li><li> Выполните высокого угол Χ дифракции рентгеновских лучей сканирование, чтобы определить степень химического порядка. Это может быть автомобильцелесообразно производить при выборке еще, установленного в дифрактометре со стадии 3.1. Пик субстрат MgO должно быть найдено (в 2 θ = 42.9 °, если используется Cu K α-излучение), и образец снова выровнены в ω. Опять же, работать θ -2 θ, охватывающий, по меньшей мере диапазон 12,5 ° &lt;θ &lt;62,5 ° (снова при условии, Cu K α-излучение), так что оба FeRh (001) и (002) пиков, а также пик подложка, в плен. </li><li> Выполните измерение температурной зависимости сопротивления образца для определения температуры перехода. Сделать электрических контактов к образцу такого, что эталон 4-точка может быть сделано, чтобы избежать контактных задач сопротивления. Если метод постоянного тока используется, сделать измерения для прямого и обратного тока направления и сопротивлений усредненные для того, чтобы обнулить от любой термоэдс сгенерированный при повышенных температурах. Затем поместите образец на температурном Contпрокат горячей стадии (в данном наладки стадии находится в небольшой турбо накачкой высокой вакуумной камере, чтобы убедиться в избегая окисления), и измерьте сопротивление в зависимости от температуры на отопление и охлаждение метет так, что любой гистерезис в фазовый переход магнитоструктурный первого порядка может быть определена. </li></ol>

<ol>
	<li>Cho, A. Y., Arthur, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+beam+epitaxy.">Molecular beam epitaxy.</a> Progress in Solid State Chemistry. 10 (Part 3), 157 (1975).</li><li>Stringfellow, G. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Organometallic Vapor-Phase Epitaxy: Theory and Practice. , (1998).</li><li>Harp, G. R., Parkin, S. S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epitaxial+growth+of+metals+by+sputter+deposition.">Epitaxial growth of metals by sputter deposition.</a> Thin Solid Films. (1-2), 288-281 (1996).</li><li>Conover, M. J., Fullerton, E. E., Mattson, J. E., Sowers, C. H., Bader, S. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Giant+magetoresistance+in+epitaxial+sputtered+Fe/Cr(211)+superlattices+(abstract).">Giant magetoresistance in epitaxial sputtered Fe/Cr(211) superlattices (abstract).</a> Journal of Appied Physics. 75 (211), 7080-7080 (1994).</li><li>Kuch, W., Marley, A. C., Parkin, S. S. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seeded+epitaxy+of+Co90Fe10/Cu+multilayers+on+MgO(001):+Influence+of+Fe+seed+layer+thickness.">Seeded epitaxy of Co90Fe10/Cu multilayers on MgO(001): Influence of Fe seed layer thickness.</a> Journal of Applied Physics. 83 (001), 4709-4713 (1998).</li><li>Hindmarch, A. T., Arena, D. A., Dempsey, K. J., Henini, M., Marrows, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+deposition+field+on+the+magnetic+anisotropy+in+epitaxial+Co70Fe30+films+on+GaAs(001).">Influence of deposition field on the magnetic anisotropy in epitaxial Co70Fe30 films on GaAs(001).</a> Physical Review B. 81, 100407 (2010).</li><li>Weller, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Ku+materials+approach+to+100+Gbits/in2.">High Ku materials approach to 100 Gbits/in2.</a> IEEE Transactions on Magnetics. 36 (1), 1015 (2000).</li><li>Seemann, K. M., Baltz, V., MacKenzie, M., Chapman, J. N., Hickey, B. J., Marrows, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusive+and+ballistic+current+spin+polarization+in+magnetron-sputtered+L10-ordered+epitaxial+FePt.">Diffusive and ballistic current spin polarization in magnetron-sputtered L10-ordered epitaxial FePt.</a> Physical Review B. 76, 174435 (2007).</li><li>Seemann, K. M., Hickey, M. C., Baltz, V., Hickey, B. J., Marrows, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-dependent+scattering+and+the+spin+polarization+of+a+diffusive+current+in+partly+disordered+L10+epitaxial+FePd.">Spin-dependent scattering and the spin polarization of a diffusive current in partly disordered L10 epitaxial FePd.</a> New Journal of Physics. 12 (3), 033033 (2010).</li><li>Seemann, K. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-orbit+strength+driven+crossover+between+intrinsic+and+extrinsic+mechanisms+of+the+anomalous+hall+effect+in+the+epitaxial+L10-ordered+ferromagnets+FePd+and+FePt.">Spin-orbit strength driven crossover between intrinsic and extrinsic mechanisms of the anomalous hall effect in the epitaxial L10-ordered ferromagnets FePd and FePt.</a> Physical Review Letters. , 104-076402 (2010).</li><li>Marrows, C. H., Dalton, B. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin+mixing+and+spin-current+asymmetry+measured+by+domain+wall+magnetoresistance.">Spin mixing and spin-current asymmetry measured by domain wall magnetoresistance.</a> Physical Review Letters. 92, 097206 (2004).</li><li>Swartzendruber, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Fe-Rh+(iron-rhodium)+system.">The Fe-Rh (iron-rhodium) system.</a> Bulletin of Alloy Phase Diagrams. 5, 456-462 (1984).</li><li>Fallot, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Les+alliages+du+fer+avec+les+m&#233;taux+de+la+famille+du+platine.">Les alliages du fer avec les m&#233;taux de la famille du platine.</a> Annals of Physics. 10, 291 (1938).</li><li>Kouvel, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unusual+nature+of+the+abrupt+magnetic+transition+in+FeRh+and+its+pseudobinary+variants.">Unusual nature of the abrupt magnetic transition in FeRh and its pseudobinary variants.</a> Journal of Applied Physics. 37, 1257 (1966).</li><li>Maat, S., Thiele, J. -. U., Fullerton, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Temperature+and+field+hysteresis+of+the+antiferromagnetic-to-ferromagnetic+phase+transition+in+epitaxial+FeRh+films.">Temperature and field hysteresis of the antiferromagnetic-to-ferromagnetic phase transition in epitaxial FeRh films.</a> Physical Review B. 72, 214432 (2005).</li><li>Shirane, G., Nathans, R., Chen, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+moments+and+unpaired+spin+densities+in+the+Fe-Rh+alloys.">Magnetic moments and unpaired spin densities in the Fe-Rh alloys.</a> Physical Review. 134, A1547 (1964).</li><li>Muldawer, L., de Bergevin, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antiferromagnetic-ferromagnetic+transitio+in+FeRh.">Antiferromagnetic-ferromagnetic transitio in FeRh.</a> Journal of Chemical Physics. 35, 1904 (1904).</li><li>Zakharov, A. I., Kadomtseva, A. M., Levitin, R. Z., Ponyatovskii, e. g. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+and+magnetoelastic+properties+of+a+metamagnetic+Fe-Rh+alloy.">Magnetic and magnetoelastic properties of a metamagnetic Fe-Rh alloy.</a> Journal of Experimental and Theoretical Physics (USSR). 46, 1348 (1964).</li><li>Annaorazov, M. P., Nikitin, S. A., Tyurin, A. L., Asatryan, K. A., Dovletov Kh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anomalously+high+entropy+change+in+FeRh+alloy.">Anomalously high entropy change in FeRh alloy.</a> Journal of Applied Physics. 79 (3), 1689 (1996).</li><li>de Vries, M. A., Loving, M., Mihai, A. P., Lewis, L. H., Heiman, D., Marrows, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hall+effect+characterisation+of+electronic+transition+behind+the+metamagnetic+transition+in+FeRh.">Hall effect characterisation of electronic transition behind the metamagnetic transition in FeRh.</a> New Journal of Physics. 15, 013008 (2013).</li><li>Bertaut, E. F., Delapalme, A., Forrat, F., Roult, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+structure+work+at+the+nuclear+centre+in+Grenoble.">Magnetic structure work at the nuclear centre in Grenoble.</a> Journal of Applied Physics. 33 (3), 1123 (1962).</li><li>Stamm, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Antiferromagnetic-ferromagnetic+phase+transition+in+FeRh+probed+by+X-ray+magnetic+circular+dichroism.">Antiferromagnetic-ferromagnetic phase transition in FeRh probed by X-ray magnetic circular dichroism.</a> Physical Review B. 77, 184401 (2008).</li><li>Shirane, G., Chen, C. W., Flinn, P. A., Nathans, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=M&#246;ssbauer+study+of+hyperfine+fields+and+isomer+shifts+in+the+Fe-Rh+alloys.">M&#246;ssbauer study of hyperfine fields and isomer shifts in the Fe-Rh alloys.</a> Physical Review. 131, 183 (1963).</li><li>van Driel, J., Coehoorn, R., Strijkers, G. J., Bruck, E., de Boer, F. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compositional+dependence+of+the+giant+magnetoresistance+in+FexRh1-x+thin+films.">Compositional dependence of the giant magnetoresistance in FexRh1-x thin films.</a> Journal of Applied Physics. 85, 1026 (1999).</li><li>Baranov, N. V., Barabanova, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrical+resistivity+and+magnetic+phase+transitions+in+modified+FeRh+compounds.">Electrical resistivity and magnetic phase transitions in modified FeRh compounds.</a> Journal of Alloys and Compounds. 219, (1995).</li><li>Varian Associates. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Basic Vacuum Practice. , (1992).</li><li>Loving, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tailoring+the+FeRh+magnetostructural+response+with+Au+diffusion.">Tailoring the FeRh magnetostructural response with Au diffusion.</a> Journal of Applied Physics. 112, 043512 (2012).</li><li>Ding, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bulk+and+near-surface+magnetic+properties+of+FeRh+thin+films.">Bulk and near-surface magnetic properties of FeRh thin films.</a> Journal of Applied Physics. 103, 07B515 (2008).</li><li>Kim, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+influenced+magnetostructural+transition+in+FeRh+films.">Surface influenced magnetostructural transition in FeRh films.</a> Applied Physics Letters. 95, 222515 (2009).</li><li>Fan, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ferromagnetism+at+the+interfaces+of+antiferromagnetic+FeRh+epilayers.">Ferromagnetism at the interfaces of antiferromagnetic FeRh epilayers.</a> Physical Review B. 82, 184418 (2010).</li><li>Williams, D. B., Carter, C. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. , (2009).</li><li>Bj&#246;rck, M., Andersson, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=GenX:+an+extensible+X-ray+reflectivity+refinement+program+utilizing+differential+evolution.">GenX: an extensible X-ray reflectivity refinement program utilizing differential evolution.</a> Journal of Applied Crystallography. 40 (6), 1174-1178 (2007).</li><li>Warren, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> X-Ray Diffraction. , (1969).</li><li>Miyanaga, T., Itoga, T., Okazaki, T., Nitta, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+structural+change+under+antiferro-+and+ferromagnetic+transition+in+FeRh+alloy.">Local structural change under antiferro- and ferromagnetic transition in FeRh alloy.</a> Journal of Physics: Conference. 190, 012097 (2009).</li><li>Kouvel, J. S., Hartelius, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anomalous+magnetic+moments+and+transformations+in+the+ordered+alloy+FeRh.">Anomalous magnetic moments and transformations in the ordered alloy FeRh.</a> Journal of Applied Physics. 33, 1343 (1962).</li><li>Sharma, M., Aarbogh, H. M., Thiele, J. -. U., Maat, S., Fullerton, E. E., Leighton, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetotransport+properties+of+epitaxial+MgO(001)/FeRh+films+across+the+antiferromagnet+to+ferromagnet+transition.">Magnetotransport properties of epitaxial MgO(001)/FeRh films across the antiferromagnet to ferromagnet transition.</a> Journal of Applied Physics. 109, 083913 (2011).</li><li>Thiele, J. -. U., Maat, S., Fullerton, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FeRh/FePt+exchange+spring+films+for+thermally+assisted+magnetic+recording+media.">FeRh/FePt exchange spring films for thermally assisted magnetic recording media.</a> Applied Physics Letters. 82, 2859 (2003).</li><li>Wang, C. P., Do, K. B., Beasley, M. R., Geballe, T. H., Hammond, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deposition+of+in-plane+textured+MgO+on+amorphous+Si3N4substrates+by+ion-beam-assisted+deposition+and+comparisons+with+ion-beam-assisted+deposited+yttria-stabilized-zirconia.">Deposition of in-plane textured MgO on amorphous Si3N4substrates by ion-beam-assisted deposition and comparisons with ion-beam-assisted deposited yttria-stabilized-zirconia.</a> Applied Physics Letters. 71, 2955 (1997).</li><li>Kande, D., Pisana, S., Weller, D., Laughlin, D. E., Zhu, J. -. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+B2+ordering+of+FeRh+thin+films+using+B2+NiAl+underlayers.">Enhanced B2 ordering of FeRh thin films using B2 NiAl underlayers.</a> IEEE Transactions on Magnetics. 47 (10), 3296 (2011).</li><li>Walter, P. H. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exchange+inversion+in+ternary+modifications+of+iron+rhodium.">Exchange inversion in ternary modifications of iron rhodium.</a> Journal of Applied Physics. 35 (3), 938 (1964).</li><li>Yuasa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=First-order+magnetic+phase+transition+in+bcc+FeRh-Ir+alloy+under+high+pressures+up+to+6.2+GPa.">First-order magnetic phase transition in bcc FeRh-Ir alloy under high pressures up to 6.2 GPa.</a> Journal of the Physical Society of Japan. 63 (3), 855 (1994).</li><li>Lu, W., Nam, N. T., Suzuki, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Pt+doping+on+the+structure,+magnetic,+and+magneto-optical+properties+of+ordered+FeRh-Pt+thin+films.">Effect of Pt doping on the structure, magnetic, and magneto-optical properties of ordered FeRh-Pt thin films.</a> IEEE Transactions on Magnetics. 45 (6), 2716 (2009).</li><li>Kushwaha, P., Lakhani, A., Rawat, R., Chaddah, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-temperature+study+of+field-induced+antiferromagnetic-ferromagnetic+transition+in+Pd-doped+FeRh.">Low-temperature study of field-induced antiferromagnetic-ferromagnetic transition in Pd-doped FeRh.</a> Phys Rev. B. 80, 174413 (2009).</li><li>Saerbeck, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artificially+modulated+chemical+order+in+thin+films:+A+different+approach+to+create+ferro/antiferromagnetic+interfaces.">Artificially modulated chemical order in thin films: A different approach to create ferro/antiferromagnetic interfaces.</a> Phys. Rev. B. 82, 134409 (2010).</li></ol>

Авторы заявляют, что они не имеют конкурирующие финансовые интересы.

Здесь мы показали, что этот метод может быть использован для получения эпитаксиального слоя образцы FeRh хорошего качества и кристаллографической высокой степенью химической B2 заказа. Способ подходит для приготовления самых разнообразных металлических слоев эпитаксиальных, в том числе упорядоченных сплавов. В то время как мы использовали B2-упорядоченной FeRh сплава в качестве примера здесь, как это показывает фазовый переход резкое когда стехиометрия правильно и химический упорядочение присутствует, этот способ также можно использовать для других материалов. Например, как FePd и FePt иметь L1 0 фазы, что приводит к очень сильной одноосной кристаллографической анизотропии. Мы успешно выращивают этот материал в прошлом, показывая сопротивление доменных границ в FePt 8, и большие аномальные эффекты Холла в обоих FePd и FePt 10. С помощью соответствующей настройки температур роста и ставок и при надлежащем выборе подложки, этот метод должен быть пригодны для получения широкого спектра DIFобнаружению разных магнитных и немагнитных металлических пленках, отображающие химическую заказ. Тем не менее, ограничение этого подхода является необходимость для одного кристаллическую подложку для достижения эпитаксии. Это означает, трудности будут встречаться в проведении экспериментов, таких как план с видом электрона передачи или рентгеновской микроскопии или интеграции в технологии, построенной на другой подложки пластины, такие как почти повсеместно Si. А возможные средства, чтобы обойти эту проблему будет расти тонкий слой MgO, на котором FeRh то, могут быть размещены. Это может привести к вне-плоскости текстуру, которая зарождается местное эпитаксиального роста на верхней части каждой MgO зерна 37. Примечательно, что можно выращивать тонкий слой MgO, который имеет как (001) текстуру и в плоскости кристаллографическую выравнивание по аморфного поверхности с использованием метода с ионно-лучевого помочь пистолет, который ориентирован под углом 45 ° к подложке нормальной 38. Это может позволить рост B2-приказал FeRh на например электрона или рентгеновского тransparent Si 3 N 4 мембраны, которые способны выжить высокие температуры роста, необходимые в нашем протоколе или на родном оксидного слоя из пластину кремния. Дальнейшие уточнения метода включают в себя использование В2-приказал подслоев, например NiAl 39, в целях содействия B2-упорядочение в эпитаксиального слоя FeRh когда она ультратонкий или его использование для создания гетероструктур с участием нескольких химически упорядоченных слоев 37. С FeRh можно легированного на сайте Rh для регулировки температуры перехода T T вверх (например, используя Ir 40, 41 или Pt 40, 42) или вниз (например, с помощью Au 40, 27 или Pd 40, 43), создание допинг профили в FeRh слоев может привести к разработанных в магнитных профилей, образец нагревается и охлаждается. Это открывает путь к генерации чисто магнитное расслоение в эпитаксиального слоя в контролируемым образом 44.

Центральный парадигма микроэлектронной промышленности является метод плоской обработки: последовательное осаждение и структурирование тонких пленок на поверхности пластины из материала подложки. Очень часто подложка представляет собой монокристалл, и пленки должны быть эпитаксиальный, то есть в кристаллической регистр с нижележащей подложки. С полупроводниковых материалов, это, как правило, достигается либо с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) в лабораторных условиях 1 или газофазной эпитаксии (MOVPE) в производстве 2. В то время как эпитаксиального роста из металлов MBE можно, они легко хранение распылением, и это самый распространенный способ для осаждения тонких магнитных пленках как в научных и промышленных установок. В то время как этот метод обычно ассоциируется с ростом поликристаллических пленок, эпитаксиального роста на одном кристалле подложки можно при определенных условиях <sдо&gt; 3. Они обычно включают повышенную температуру подложки (по крайней мере для начальных слоев), низкую скорость осаждения, и низкий базовый давление вакуумной камере. Этот подход был использован для получения гигантским магнитосопротивлением многослойных материалов 4, 5, например. В нашей лаборатории мы использовали эпитаксиального распыления подготовить разнообразие магнитных материалов на монокристаллических подложках. Это стало возможным выращивать Кофе легкосплавные эпитаксиальных слоев на GaAs (001), например, выбрав композицию 6 решетки соответствием Co 70 Fe 30. Этот материал представляет собой твердый раствор, где атомы Co и Fe случайно заполнения узлов решетки ОЦК. Мы также выросли химически приказал магнитные сплавы, где различные атомные виды необходимых занять определенные места решетки. Протокол роста мы опишем здесь была первоначально разработана для роста L1 0-заказанных FePd и FePt сплавов, которые представляют интерес сосле они обладают очень высокой кристаллографической анизотропии 7. Мы изучили взаимосвязь между баллистической и диффузионного спин-поляризованного транспорта 8, 9 и аномального эффекта Холла 10 в этих материалах, которые являются сопоставимого качества в слоях, выращенных методом МПЭ 11. Здесь мы проиллюстрируем наш эпитаксиального метод роста на примере B2-приказал FeRh эпитаксиальных слоев. Fe и Rh образует сплавы на любой композиции, однако B2-упорядоченный соединение равновесное состояние для стехиометрии в ближней эквиатомного диапазоне 49-53% Fe атомное 12. Эта так называемая α &quot;- фаза является антиферромагнетиком (AF), который проявляет фазовый переход первого рода при нагревании, став α &#39;-фазы ферромагнетика (ФМ) вокруг T T = 350 → 400K 13, 14, 15. Это метамагнитный переход между двумя различными, но оба полностью упорядоченными магнитными состояниями (тип II AF 16 и FM)сопровождается изотропной 1% объемного расширения в В2 решетки 17, 18, ​​большой энтропии выпустить 19, большое падение удельного сопротивления 14, а также значительное увеличение концентрации носителей 20. Нейтронография 21, 16 и совсем недавно XMCD измерения 22 показывают, что часть B магнитного момента 3,3 μ с центром на Fe в фазе А. Ф. передается Rh в ФМ фазы, с μ-Фе ~ 2.2 μ B и μ резус ~ 0,6 μ B. Температура Кюри для FM α &#39;фаза ~ 670 K 14, сравнимой с температурой Кюри сплавов с х&gt; 0,53 23. Метамагнитный температура перехода T T обладает высокой чувствительностью к составу × в Fe × Rh 1 - × 23, 24, и подавляется ~ 8 К / Т приложенного магнитного Fiполем 25, 15. Этот богатый массив физического поведения в решающей степени зависит достижение надлежащего B2-упорядоченной структуры и так позволяет широкий спектр методов измерения для развертывания обнаружить правильную химическую порядок в образце, что делает его удобным пример для демонстрации метод выращивания высокого качество упорядоченного сплава эпитаксиальных слоев.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sputter Deposition System</td>
			<td>Kurt J. Lesker Company</td>
			<td>Bespoke</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgO Single Crystal Substrate</td>
			<td>Pi-Kem</td>
			<td>Single-sided epi-polished</td>
			<td>(001) orientation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeRh sputtering target</td>
			<td>Pi-Kem</td>
			<td>Bespoke</td>
			<td>50 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission Electron Microscope</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Tecnai TF20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray Diffractometer</td>
			<td>Br&#252;ker</td>
			<td>D8 Discover</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQUID Magnetometer</td>
			<td>Quantum Design</td>
			<td>MPMS-XL 5</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sputter growth and characterization of metamagnetic b2-ordered ferh epilayers

Химически упорядоченные сплавы могут быть использованы в различных магнитных нанотехнологий. Они наиболее удобно получать в промышленном масштабе с помощью распыления методов. Здесь мы опишем способ получения эпитаксиальных тонких пленок B2-приказал FeRh по напыления на отдельных подложках кристаллов MgO. Нанесение с медленной скоростью на нагретую подложку позволяет время для адатомов в оба обосноваться в решетке с четко определенной эпитаксиального отношения с подложкой, а также найти свои места в подрешеток Fe и Rh структуры В2. Структура удобно характеризовать с рентгеновской рефлектометрии и дифракции и могут быть визуализированы непосредственно с помощью просвечивающей электронной микрофотографии сечения. В2-приказал FeRh проявляет необычную фазовый переход метамагнитный: основное состояние антиферромагнитен но сплав переходит в ферромагнетика при нагревании с типичной температурой перехода около 380 К. Это сопровождается 1%увеличение объема элементарной ячейки: изотропная навалом, но с боков зажат в эпитаксиального слоя. Наличие антиферромагнитного состояния и фазового первого порядка перехода, связанного очень чувствительна к правильному эквиатомного стехиометрии и надлежащего упорядочения В2, и так является удобным средством для демонстрации качества слоев, которые могут быть нанесены с этим подходом. Также приводятся примеры различных методик, по которым изменение фазы могут быть обнаружены.

Watch this Scientific Journal Video about Sputter Growth and Characterization of Metamagnetic B2-ordered FeRh Epilayers at JoVE.com

Sputter Growth and Characterization of Metamagnetic B2-ordered FeRh Epilayers

Способ получения эпитаксиальных слоев упорядоченных сплавов путем напыления описано. B2-упорядоченный FeRh соединение используется в качестве примера, так как он отображает метамагнитный переход, который зависит чувствительно от степени химического порядка и точного состава сплава.

Sputter Рост и характеристика метамагнитные В2-приказал FeRh эпитаксиальных слоев

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Моделирование, изготовление и характеристика ТГц метаматериала Амортизаторы

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Изготовление и характеристика фотонного кристалла медленно волноводы Света и полостей

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

Проектирование, изготовление, и экспериментальная характеристика Плазмонных Фотопроводящий излучателей терагерцового

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Написание и низкотемпературной Характеристика оксидных наноструктур

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Создание массивов с помощью оптических насыщающихся переходов - Изготовление и характеристика

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

Протокол испытаний Электрохимический и характеристика апротонных Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; Аккумулятор

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Изготовление и характеристика сверхпроводящие резонаторы

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

Производство и характеристика пылесос на хранение органических светоизлучающих диодов

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

Рост и электростатической/химические свойства металлов/LaAlO3/SrTiO3 гетероструктурах

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

Плазменный молекулярный луч Эпитаксисы Рост Mg3N2 и N3N2 Тонкие пленки

This article describes a procedure for growing Mg3N2 and Zn3N2 films by plasma-assisted molecular beam epitaxy (MBE). The films are grown on 100 oriented ...