Влияние буферного слоя ZnO на магнитные свойства тонкой пленки BiFeO3 на сапфире
Российским научным фондом (РНФ), 23-22-00130
Каллаев С.Н.1, Садыков С.А.2, Р.Алиханов Н.М.1,2, Джамалудинов М.Р.1, Павленко А.В.3, Омаров З.М.1
1Институт физики им. Х.И. Амирханова ДФИЦ РАН, Махачкала, Россия
2Дагестанский государственный университет, Махачкала, Россия
3Федеральный исследовательский центр "Южный научный центр РАН, Ростов на Дону, Россия.
Email: kallaev-s@rambler.ru, alihanov.nariman@mail.ru, omarov_zairbek@mail.ru
Поступила в редакцию: 22 октября 2024 г.
В окончательной редакции: 4 декабря 2024 г.
Принята к печати: 9 декабря 2024 г.
Выставление онлайн: 19 января 2025 г.
Методом газоразрядного высокочастотного катодного распыления керамической мишени стехиометрического состава BiFeO3 в атмосфере кислорода синтезированы тонкие слои феррита висмута на сапфировой подложке Al2O3 (C-plane) с буферным слоем оксида цинка ZnO. Исследованы структура, магнитные и оптические свойства пленки BiFeO3/ZnO/Al2O3. Измерения рентгеновской дифракции и спектры комбинационного рассеяния света нанесенных пленок подтверждают образование кристаллической фазы тонких слоев BiFeO3 и ZnO. По результатам оптических исследований определена ширина запрещенной зоны для прямого перехода - 2.51 eV. Петли магнитного гистерезиса (M-H) тонкой пленки BiFeO3 с буферным слоем ZnO демонстрируют характерное для ферромагнетиков поведение. Показано, что намагниченность BiFeO3 существенно выше (почти в пять раз) в пленке BiFeO3/ZnO/Al2O3 по сравнению с пленкой без буферного слоя, что указывает на важную роль буферного слоя ZnO в улучшении магнитных свойств феррита висмута для практических приложений. Ключевые слова: мультиферроики, BiFeO3, ZnO, тонкие пленки, магнитные свойства.
- S.M. Yakout. J. Supercond. Nov. Magn. 34, 2, 317 (2021). https://doi.org/10.1007/s10948-020-05764-z
- G.A. Smolenskii, V.M. Yudin. Sov. Phys. Solid State 6, 2936 (1965)
- G. Catalan, F. Scott. Adv. Mat. 21, 2463 (2009)
- Ramesh R. Nature materials 18, 203 (2019)
- A. Wrzesinska, A. Khort, M. Witkowski, J. Szczytko, J. Ryl, J. Gurgul, D.S. Kharitonov, K. atka, T. Szumiata, A. Wypych-Puszkarz. Scientific Reports 11, 22746 (2021)
- F. Pedro-Garcia, F. Sanchez-De Jesus, A.M. Bolarin-Miro, A. Barba-Pingarron, C.A. Cortes-Escobedo. Journal of Alloys and Compounds 857, 157549 (2021)
- F.E.N. Ramirez, E. Marinho Jr., C.R. Lenao, J.A. Souza. Journal of Alloys and Compounds 720, 4753 (2017)
- W. Zheng, W. Zheng, D. Zheng, D. Li, P. Li, L. Zhang, J. Gong, S. Pan, C. Jin, S. Zhang, H. Bai. Thin Solid Films 695, 137741 (2020)
- L.W. Martin, S.P. Crane, Y-H. Chu, M.B. Holcomb, M. Gajek, M. Huijben, C-H. Yang, N. Balke and R. Ramesh. J. Phys.: Condens. Matter 20, 434220 (2008)
- Zeinab. Ali, Ali Atta, Y.M. Abbas. Thin Solid Films 577, 124--127 (2015)
- R. Rajalakshmi, N. Kambhala, S. Angappane. Mater. Sci. Eng. B 177, 11, 908 (2012). https://doi.org/10.1016/j.mseb.2012.04.014
- J. Wu, J. Wang. J. Appl. Phys. 108, 9, 094107 (2010). https://doi.org/10.1063/1.3500498
- J. Wu, X. Lou, Y. Wang, J. Wang. Electrochem. Solid-State Lett. 13, 2, 9 (2010). https://doi.org/10.1149/1.3264093
- J. Wang, J.B. Neaton, H. Zheng, V. Nagarajan, S.B. Ogale, B. Liu, D. Viehland, V. Vaithyanathan, D.G. Schlom, U.V. Waghmare, N.A. Spaldin, K.M. Rabe, M. Wuttig, R. Ramesh. Science. 299, 5613, 1719 (2003). https://doi.org/10.1126/science.1080615
- M. Tyagi. Physica B: Condensed Matter. 448, 128 (2014)
- Z. Duan. Thin Solid Films. 525, 188 (2012)
- L. Jin. Journal of Materials Chemistry C. 3, 41, 10742 (2015)
- X.L. Liang, J.Q. Dai, C.C. Zhang. Ceramics International 48, 5, 6347 (2022)
- P. Hermet, M. Goffinet, J. Kreisel, P. Ghosez. Phys. Rev. B 75, 220102 (2007)
- H. Fukumura, H. Harima, K. Kisoda, M. Tamada, Y. Noguchi, M. Miyayama. J. Magn. Mater. 310, 367 (2007)
- J. Bielecki, P. Svedlindh, D.T. Tibebu, S. Cai, S.G. Eriksson, L. Borjesson, C.S. Knee. Phys. Rev. B 86, 184422 (2012)
- S. Zeljkovic, T. Ivas; H. Maruyama; J.C. Nino. Ceram Int. 45, 19793 (2019). doi:10.1016/j.ceramint.2019.06.234
- S.K. Paswan, S. Kumari, M. Kar, A. Singh, H. Pathak, J.P. Borah, L. Kumar. Journal of Physics and Chemistry of Solids 151, 109928 (2021). doi:10.1016/J.JPCS.2020.109928
- S.W. Chen, C.C. Lee, M.T. Chen, J.M. Wu. Nanotechnology 22, 115605 (2011)
- J. Wang, A. Scholl, H. Zheng, S.B. Ogale, D. Viehland, D.G. Schlom, N.A. Spaldin, K.M. Rabe, M. Wuttig, L. Mohaddes, J. Neaton, U. Waghmare, T. Zhao, R. Ramesh. Science 307, 1203b (2005)