[发明专利]一种磁控共溅射生长非共线反铁磁Mn3Pt薄膜的制备方法

说明书

一种磁控共溅射生长非共线反铁磁Mn₃Pt薄膜的制备方法，该方法以(001)晶向的MgO基片为底片并且使用两靶共溅射生长，所述底片上还设置有Mn₃Pt和覆盖层，所述Mn₃Pt位于MgO和覆盖层之间；磁控生长，易于制备且薄膜纯度高；生长薄膜为单晶薄膜，厚度在纳米级别，有利于磁性以及自旋电子器件的制备与输运性质研究。

技术领域

本发明涉及磁控溅射生长高质量外延非共线反铁磁Mn₃Pt薄膜的技术和方法领域，尤其是一种磁控共溅射生长非共线反铁磁Mn₃Pt薄膜的制备方法。

背景技术

自旋电子学是近些年兴起的一门新兴学科，而自旋电子学的应用包括硬盘磁头、磁性随机内存、自旋场发射晶体管、自旋发光二极管等等。自旋电子学存储器件相比于传统的存储器件，具有存储密度高、能耗低、响应快等多项优势，在各种材料中，因铁磁体具有易于探测和响应外部磁场的变化的特性，故而在磁存储等方面应用广泛；相比于铁磁体，反铁磁得到注重的年代要迟很久，反铁磁体是由路易.奈尔于上世纪发现，因为反铁磁宏观静磁矩为零以至于实验上很难探测以及具有巨大的各向异性场(～10T)导致无法操控其磁性状态，因此认为反铁磁是有趣但是技术上毫无应用可能。然而近几十年来反铁磁体的物理性质逐渐被全球各地的科学家所发掘，因具有以下优点而成为研究自旋电子学信息存储载体以及传播途径的“新宠：

1.宏观静磁矩为零：无杂散场，对磁场不敏感，减小了邻近器件之间的干扰；

2.巨大的各向异性场：抵抗外界强磁场；

3.皮秒尺度动力学过程：比铁磁材料快约两个数量级；

反铁磁中有一类为非共线反铁磁，其在很长的时间内被认为是没有反常霍尔的，从而对外部磁场不会产生响应导致其无法被探测以及应用到存储方面，直到2014年德克萨斯大学奥斯汀分校物理系A.H.MacDonald课题组首次理论预测了非共线反铁磁Mn₃Ir中具有同铁磁体中相同量级的反常霍尔，以及2015年日本东京大学固体物理研究所SatoruNakatsuji课题组首次在实验中发现了非共线反铁磁Mn₃Sn具有大的反常霍尔，同铁磁体的量级一致，很好的证明了A.H.MacDonald课题组的理论计算结果，此后，非共线反铁磁的各种物理性质相继被发现，诸如磁光克尔效应,自旋霍尔效应，自旋能斯特效应,自旋极化电流和反常能斯特效应等。将非共线反铁磁应用于磁存储以及运输载体的实验也在如火如荼的开展。对于非共线反铁磁Mn₃Pt，早在1967年就有科学家展开了研究，实验上2018年初北京航空航天大学刘知琪课题组首次在压电应变材料BaTiO₃衬底上生长出高质量的Mn₃Pt薄膜。综上，前人生长非共线反铁磁主要以电弧融化法为主，生长的Mn₃X(X＝Ir、Sn、Pt、Ge、Ga、Rh)也均为块材样品，不利于微纳器件的制备与研究。实验上我们采用磁控溅射生长纳米级别Mn₃Pt薄膜，采用双靶共溅射生长Mn₃Pt非共线反铁磁薄膜，从薄膜成分、有序度、粗糙度等方面表征样品，需要设计出一种新的磁控共溅射生长非共线反铁磁Mn₃Pt薄膜的制备方法。

本发明就是为了解决以上问题而进行的改进。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种磁控生长，易于制备且薄膜纯度高，有利于磁性以及自旋电子器件的制备与输运性质研究的磁控共溅射生长非共线反铁磁Mn₃Pt薄膜的制备方法。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：