Группа исследователей из Государственного университета Монтаны и Национальной лаборатории Лоуренса Беркли объявляет на этой неделе в Applied Physics Letters от AIP Publishing, что они построили стабильную тонкую пленку из железа, кобальта и марганца, которая может похвастаться средним атомным моментом, потенциально на 50 процентов большим, чем предел Слейтера-Полинга. Изготовленный с помощью технологии, известной как молекулярно-лучевая эпитаксия (MBE), тройной объемно-центрированный кубический (ОЦК) сплав имеет плотность намагниченности 3.25 магнетонов Бора на атом, что превосходит ранее рассмотренный максимум в 2.45.
«То, что мы имеем, — это потенциальный прорыв в одном из важнейших параметров магнитных материалов», — сказал Ив Идзерда, автор статьи из Университета штата Монтана. "Большие магнитные моменты подобны прочности стали — чем больше, тем лучше."
Кривая Слейтера-Полинга описывает плотность намагниченности сплавов. На протяжении десятилетий бинарные сплавы железо-кобальт (FeCo) безраздельно властвовали, обеспечивая максимальный средний атомный момент 2.45 магнетонов Бора на атом и определение предела тока для стабильной плотности намагниченности сплава.
Ранее исследователи смешивали сплавы FeCo с переходными металлами с большим магнитным моментом, такими как марганец. Однако при изготовлении этих тройных сплавов они теряют большую часть своей ОЦК-структуры, ключевого компонента их высокого магнетизма.
Вместо этого эта команда обратилась к МПЭ, тщательной технике, похожей на драпировку подложки шариками из отдельных металлических атомов, по одному слою за раз, для создания 10-20-нанометровой пленки Fe9Co62Mn29. Примерно 60 процентов доступных композиций сохранили ОЦК структуру в виде тонкой пленки по сравнению только с 25 процентами в массе.
Чтобы лучше понять состав и структуру сплава, группа использовала рентгеновскую спектроскопию поглощения и дифракцию быстрых электронов на отражение. Результаты рентгеновского магнитного кругового дихроизма показали, что новый материал дает средний атомный момент 3.25 магнетонов Бора на атом.
При испытании с более стандартной магнитометрией вибрирующего образца, даже несмотря на то, что эта плотность намагничивания упала, она все еще была значительно выше предела Слейтера-Полинга — 2.72.
Идзерда сказал, что это несоответствие предоставит области для будущих исследований, добавив, что граница раздела между марганцем и подложкой внутри кристалла может быть причиной зазора.
«Я сдерживал оптимизм по этому поводу, потому что использованная нами техника немного нестандартна, и мы должны убедить сообщество в эффективности этого материала», — сказала Идзерда.
Идзерда и его команда теперь исследуют надежность сплавов железо-кобальт-марганец и более эффективные методы производства.
Они также планируют изучить, как молекулярно-лучевая эпитаксия может привести к появлению других высокомагнитных тонких пленок, потенциально смешивая вместе четыре или более переходных металлов.