Badania użytkowników SOLARIS na linii PIRX pokazują jak bliskość antyferromagnetycznej warstwy CoO wpływa na właściwości magnetyczne ultracienkich warstw wustytu (FeO) w układzie FeO/CoO. Porównawcze pomiary spektroskopii Mössbauera wykonane dla MgO/FeO/MgO(001) i MgO/FeO/CoO/MgO(001) dowodzą, że warstwa CoO może znacząco podnieść temperaturę uporządkowania magnetycznego warstw wustytu.

Antyferromagnetyki (AFM) ze względu na swoje unikalne właściwości są obiecującymi kandydatami na materiały spintroniczne nowej generacji [1], [2]. Szeroka grupa materiałów AFM wydaje się nie mieć zastosowań aplikacyjnych ze względu na niską temperaturę uporządkowania (tzw. temperaturę Néela, T_N), powyżej której zanika porządek dalekiego zasięgu. Okazuje się, że temperatura uporządkowania magnetycznego może zostać zwiększona za pomocą tzw. efektu bliskości magnetycznej [3].

Użytkownicy Centrum SOLARIS udowodnili w badaniach, że obecność warstwy CoO silnie wpływa na właściwości magnetyczne warstwy FeO w układzie FeO/CoO. Dla warstw wustytu w układzie dwuwarstwowym FeO/CoO/MgO zaobserwowali znaczny wzrost T_N w porównaniu z układem FeO/MgO, w którym warstwa antyferromagnetyka została przygotowana bezpośrednio na podłożu MgO.  Wynik ten pokazuje, że ograniczenie niskiej temperatury uporządkowania wustytu można przezwyciężyć dzięki oddziaływaniu z sąsiadującą warstwą AFM, która posiada wyższą temperaturę uporządkowania.

Do wyznaczenia temperatury Néela warstw CoO w układzie FeO/CoO użyto metody liniowego dichroizmu magnetycznego promieniowania rentgenowskiego (XMLD). Widma absorpcji promieniowania rentgenowskiego (XAS) zostały zebrane na linii pomiarowej PIRX Narodowego Centrum Promieniowania Synchrotronowego SOLARIS. Rysunek 1 przedstawia przykładowe widma XAS dla CoO o grubości 2 nm w układzie FeO/CoO, zebrane w temperaturze 80 K dla dwóch różnych kątów padania promieniowania względem normalnej do powierzchni próbki. Analiza widm XAS zmierzonych w funkcji temperatury umożliwiła wyznaczenie T_N warstw CoO w układzie FeO/CoO.

Rys. 1. Widma XAS krawędzi L3 dla Co zmierzone dla kąta φ = 0° (czarna linia ciągła) i φ = 60° (czerwona linia przerywana) otrzymane dla FeO/CoO w 80 K. Wstawka pokazuje geometrię pomiaru.

Cała publikacja dostępna pod aktywnym linkiem:

A. Kozioł-Rachwał et al., Beating the Limitation of the Néel Temperature of FeO with Antiferromagnetic Proximity in FeO/CoO, Appl Phys Lett 120, 072404 (2022).

[1] V. Baltz, A. Manchon, M. Tsoi, T. Moriyama, T. Ono, and Y. Tserkovnyak, Antiferromagnetic Spintronics, Rev Mod Phys 90, 15005 (2018).

[2] P. K. Manna and S. M. Yusuf, Two Interface Effects: Exchange Bias and Magnetic Proximity, Phys Rep 535, 61 (2014).

[3] D. Hou, Z. Qiu, and E. Saitoh, Spin Transport in Antiferromagnetic Insulators: Progress and Challenges, NPG Asia Mater 11, 35 (2019).

Autor: Dr. Anna Kozioł-Rachwał