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【24h】

Origin of the giant magnetic moment in epitaxial Fe_3O_4 thin films

机译：Fe_3O_4外延薄膜中巨大磁矩的起源

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摘要

We study the enhanced magnetic moment observed in epitaxial magnetite (Fe_3O_4) ultrathin films (t < 15 nm) grown on MgO (001) substrates by means of pulsed laser deposition. The Fe_3O_4 (001) thin films exhibit high crystallinity, low roughness, and sharp interfaces with the substrate, and the existence of the Verwey transition at thicknesses down to 4 nm. The evolution of the Verwey transition temperature with film thickness shows a dependence with the antiphase boundaries density. Superconducting quantum interference device (SQUID) and vibrating sample magnetometry measurements in ultrathin films show a magnetic moment much higher than the bulk magnetite value. In order to study the origin of this anomalous magnetic moment, polarized neutron reflectivity (PNR), and x-ray magnetic circular dichroism (XMCD) experiments have been performed, indicating a decrease in the magnetization with decreasing sample thickness. X-ray photoemission spectroscopy measurements show no metallic Fe clusters present in the magnetite thin films. Through inductively coupled plasma mass spectroscopy and SQUID magnetometry measurements performed in commercial MgO (001) substrates, the presence of Fe impurities embedded within the substrates has been observed. Once the substrate contribution has been corrected, a decrease in the magnetic moment of magnetite thin films with decreasing thickness is found, in good agreement with the PNR and XMCD measurements. Our experiments suggest that the origin of the enhanced magnetic moment is not intrinsic to magnetite but due to the presence of Fe impurities in the MgO substrates.
机译：我们研究了通过脉冲激光沉积在MgO（001）衬底上生长的外延磁铁矿（Fe_3O_4）超薄膜（t <15 nm）中观察到的增强磁矩。 Fe_3O_4（001）薄膜具有高结晶度，低粗糙度和与基材的清晰界面，并且在厚度低至4 nm时存在Verwey跃迁。 Verwey转变温度随薄膜厚度的变化显示出与反相边界密度的关系。超导薄膜中的超导量子干涉仪（SQUID）和振动样品磁强测量结果显示，磁矩远高于块状磁铁矿值。为了研究这种异常磁矩的成因，已经进行了极化中子反射率（PNR）和X射线磁圆二向色性（XMCD）实验，表明磁化强度随样品厚度的减小而减小。 X射线光电子能谱测量表明在磁铁矿薄膜中不存在金属铁簇。通过在商用MgO（001）基板中执行电感耦合等离子体质谱法和SQUID磁力测量，已观察到嵌入基板中的Fe杂质的存在。一旦校正了衬底的影响，就发现磁铁矿薄膜的磁矩随着厚度的减小而减小，这与PNR和XMCD的测量结果非常吻合。我们的实验表明，增强的磁矩的起源不是磁铁矿固有的，而是由于MgO衬底中存在Fe杂质。

著录项

  • 来源
    《Physical review》 |2010年第14期|144420.1-144420.7|共7页
  • 作者

    J. Orna; P. A. Algarabel; L. Morellon; J. A. Pardo; J. M. de Teresa; R. Lopez Anton; F. Bartolome; L. M. Garcia; J. Bartolome; J. C. Cezar; A. Wildes;

  • 作者单位

    Departamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Nanociencia de Aragon, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Ciencia de los Materiales de Aragon, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza-CSIC, Zaragoza 50009, Spain;

    rnDepartamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Ciencia de los Materiales de Aragon, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza-CSIC, Zaragoza 50009, Spain;

    rnDepartamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Nanociencia de Aragon, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Ciencia de los Materiales de Aragon, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza-CSIC, Zaragoza 50009, Spain;

    rnInstituto de Nanociencia de Aragon, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Departamento de Ciencia y Tecnologia de Materiales y Fluidos, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50018, Spain;

    rnDepartamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Ciencia de los Materiales de Aragon, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza-CSIC, Zaragoza 50009, Spain;

    rnDepartamento de Fisica Aplicada, Universidad de Castillo la Mancha, Ciudad Real 13071, Spain;

    rnDepartamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Ciencia de los Materiales de Aragon, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza-CSIC, Zaragoza 50009, Spain;

    rnDepartamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Ciencia de los Materiales de Aragon, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza-CSIC, Zaragoza 50009, Spain;

    rnDepartamento de Fisica de la Materia Condensada, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Zaragoza 50009, Spain Instituto de Ciencia de los Materiales de Aragon, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza-CSIC, Zaragoza 50009, Spain;

    rnEuropean Synchrotron Radiation Facility, BP 220, F-38043 Grenoble Cedex, France;

    rnIinstitute Laue-Langevin, BP 156, 38042 Grenoble Cedex, France;

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  • 正文语种 eng
  • 中图分类
  • 关键词

    surface magnetism; magnetic properties of monolayers and thin films; fe and its alloys;

    机译：表面磁单层和薄膜的磁性铁及其合金;

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