Ferromagnetism of Fe60Al40 thin films under a magnifying glass of hard X-rays

Формирование дальнего ферромагнитного порядка в сплавах FeAl, наведенного химическим разупорядочением кристаллической решетки, интенсивно исследуется в течение более 40 лет [1]. В настоящее время это явление успешно используется для создания магнитных структур на основе тонких пленок Fe60Al40 с контролируемыми магнитными свойствами [2], приготовленных при помощи технологии ионного облучения. Однако до сих пор вопрос о наиболее существенной причине возникновения этого эффекта –локального окружения атомов железа [3] и/или изменений параметров решетки [4] – остается открытым.
В нашей работе методами элементно-селективной спектроскопии поглощения EXAFS и XMCD в жесткой рентгеновской области исследовались тонкие пленки Fe60Al40 (40 нм)/SiO2/Si, приготовленные при помощи магнетронного напыления с последующим отжигом и облучением ионами Ne+ с энергией 20 кэВ как предложено в [2]. Предварительные XRD, MOKE и VSM магнетометрия показали, что облучение ионами разрушает химическое упорядочение в системе при сохранении структурной целостности, и что химически разупорядоченная А2 фаза обладает дальним ферромагнитным порядком, в то время как упорядоченная B2 фаза является парамагнитной.
Анализ EXAFS и XMCD спектров, измеренных на К крае поглощения Fe при комнатной температуре, показал, что увеличение химического беспорядка, обусловленного дозой облучения, ведет к кардинальному изменению ближайшего локального окружения атомов железа с преимущественным расположением атомов Fe в качестве ближайших соседей и к увеличению степени магнитной поляризации 4p состояний железа, определяющей его ор- битальный момент. Вопрос о природе поляризации 4р состояний обсуждается.
Измерения на ESRF были проведены в рамках проекта НС-1811 на линии ID12
1. G. P. Huffman et al., J.Appl. Phys. 38, 735 (1967).
2. R. Bali et al., Nano Lett. 14, 435 (2014).
3. L. Zamora et al., Phys. Rev. B 79, 094418 (2009).
4. J. Nogués et. al., Phys. Rev. B 74, 024407 (2006).