[发明专利]具有室温拓扑霍尔效应的外延Pt/γ′-Fe4

权利要求书

1.一种具有室温拓扑霍尔效应的外延Pt/γ′-Fe₄N/MgO异质结构；其特征是γ′-Fe₄N薄膜在MgO(001)单晶基底上沿[001]方向外延生长，Pt在外延γ′-Fe₄N/MgO结构上沿[111]方向取向生长；其中γ′-Fe₄N薄膜厚度为3-5nm，Pt厚度为2-3nm。

2.如权利要求1所述的结构，其特征是，所述的Pt/γ′-Fe₄N/MgO从下到上依次为MgO(001)基片、γ′-Fe₄N层和Pt层；其中，MgO(001)为单晶基片，γ′-Fe₄N为铁磁层，Pt为非磁性重金属层。

3.权利要求1所述 的具有室温拓扑霍尔效应的外延Pt/γ′-Fe₄N/MgO异质结构的制备方法，其特征包括如下步骤：

1)采用对向靶磁控溅射镀膜机，基底材料为单面抛光的MgO(001)单晶片；使用两块纯度为99.99％的Fe靶，安装在对靶头上，其中一头作为磁力线的N极，另一头为S极；靶材厚度为2-4mm，直径为60mm；两个靶之间的距离为60-90mm，靶的轴线与放有MgO(001)单晶片的基片架之间的距离为60-90mm；

2)将覆盖有通道宽度为10-90μm的掩膜板的MgO(001)单晶片固定在基片架上，放到挡板后面，关闭真空室；

3)开启对向靶磁控溅射镀膜机真空系统，抽真空，直至溅射室的背底真空度小于等于2×10^–5Pa，此时真空度便达到了制备样品的真空度的要求，可以开始镀膜实验；

4)开始实验，同时向真空室通入纯度为99.999％的溅射气体Ar气和反应气体N₂气，Ar气和N₂气的流量比为5:1-4:1，将真空度保持在0.5-1.0Pa；

5)将基底均匀升温至400-500℃，升温速率为10-20℃/min；

6)待基底温度稳定在目标温度后，开启溅射电源进行预溅射，在一对Fe靶上施加0.30-0.50A的预溅射电流和800-1000V的预溅射电压，预溅射5-10分钟，待预溅射电流和电压示数保持不变后停止预溅射；

7)待步骤6中的预溅射结束后，开始溅射实验；在一对Fe靶上施加0.05-0.10A的溅射电流和750-850V的溅射电压，打开基片架上的档板开始溅射，反应溅射γ′-Fe₄N薄膜过程中，MgO(001)单晶片位置固定；

8)溅射达到γ′-Fe₄N薄膜的厚度为3-5nm；关闭基片架上的档板，然后关闭溅射电源，停止通入Ar气和N₂气，完全打开闸板阀，继续抽真空，利用控温系统使基片匀速降至室温，降温速率为2-3℃/min；

9)将载有基片架的转盘旋转至Pt对靶的位置；使用两块纯度为99.99％的Pt靶，安装在对靶头上，其中一头作为磁力线的N极，另一头为S极；靶材厚度为2-4mm，直径为60mm；两个靶之间的距离为60-90mm，靶的轴线与镀有外延的γ′-Fe₄N薄膜的MgO(001)单晶片的基片架之间的距离为60-90mm；

10)关闭挡板，使γ′-Fe₄N/MgO材料置于挡板后面；

11)同时向真空室通入纯度为99.999％的溅射气体Ar气，将真空度保持在0.4-0.6Pa；

12)开启溅射电源，在一对Pt靶上施加0.02-0.03A的电流和850-950V的直流电压，打开基片架上的档板开始溅射，反应溅射Pt薄膜过程中，镀有外延γ′-Fe₄N薄膜的MgO(001)单晶片位置固定；

13)溅射达到Pt薄膜的厚度为2-3nm；关闭基片架上的档板，然后关闭溅射电源，停止通入Ar气；

14)关闭真空系统，打开真空室，取出制备好的生长在MgO(001)单晶片上的外延Pt/γ′-Fe₄N薄膜。