[論文レビュー] Indications of spin polarized transport in Ba$_2$FeMoO$_6$ thin films

Simon Granville, I. L. Farrell+4 more|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2017

Magnetic and transport properties of perovskites and related materials被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、結晶粒内の強いスピン極性化が、300 K まで約300 K まで持続することを示している。Ba₂FeMoO₆ (BFMO) 薄膜は、界面欠陥によって飽和磁化が低下し、磁気抵抗が飽和しないにもかかわらず、結晶粒内に強いスピン極性化を示す。異常ホール効果および異方性磁気抵抗測定により、粒内に半金属的挙動が確認され、非理想な薄膜形態においてもBFMOがスピン極性化電流の供給源として有効であることが示された。

ABSTRACT

We have investigated the magnetic and magnetotransport properties of Ba$_2$FeMoO$_6$ thin films produced by pulsed laser deposition from optimized bulk material. The films are comprised of grains of crystalline Ba$_2$FeMoO$_6$ with a disordered grain boundary region that lowers the net saturation magnetization of the film and prevents full magnetic alignment below a Curie temperature $T_C$$\sim$305 K. Magnetotransport measurements point to the Ba$_2$FeMoO$_6$ grains retaining the high spin polarization of a half-metal up to $T_C$, while the grain boundaries greatly reduce the spin polarization of the intergrain electrical current due to spin-flip scattering. Our results show that a strong spin polarization of the electronic charge carriers is present even in Ba$_2$FeMoO$_6$ films that do not show the ideal bulk magnetic character.

研究の動機と目的

• パルスレーザー蒸着法を用いて最適化されたバルクターゲットからBa₂FeMoO₆薄膜を成長させ、その磁気的および磁気輸送特性を調査すること。
• バルクに類似した磁気的性質を示さないBFMO薄膜においても、スピン極性化輸送が継続するかどうかを特定すること。
• 界面欠陥の観点から、磁化の低下および非飽和磁気抵抗の原因を同定すること。
• スピントロニクスデバイスにおける高スピン極性化電流の供給源としてのBFMO薄膜の可能性を評価すること。
• 特にCurie温度（~305 K）付近での電子的輸送行動と構造的・磁気的特性を関連付けること。

提案手法

• エピタキシャルBa₂FeMoO₆薄膜は、格子整合性の高い基板を用い、高温でパルスレーザー蒸着（PLD）法により成長した。
• 低反位子不純度（3.4%）を有するバルクターゲットから成長させ、10 K で3.72 μB/f.u. の高い飽和磁化を達成した。
• スピン極性化を調べるために、縦磁気抵抗および異常ホール効果の測定を含む磁気輸送測定が実施された。
• 異方性磁気抵抗（AMR）を測定し、負の符号がスピン極性化伝導を示唆する半金属的特性を検出した。
• X線回折および抵抗率測定を用いて、構造的整合性および欠陥に起因する障壁を評価した。
• 5 K まで低下する温度依存測定を用いて、磁気的および輸送的性質の安定性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 バルクに比べて磁化が低下しているにもかかわらず、Ba₂FeMoO₆薄膜がどの程度スピン極性化輸送を保持するか。
• RQ2 界面および反相界（APBs）が磁気抵抗およびスピン極性化の劣化に果たす役割は何か。
• RQ3 BFMO薄膜における負の異方性磁気抵抗（AMR）は、結晶粒内の半金属的挙動を確認するものか。
• RQ4 磁気的秩序化温度（T_C ≈ 305 K）とスピン極性化輸送の開始との相関は何か。
• RQ5 粒間散乱が存在するにもかかわらず、BFMO薄膜がスピントロニクスデバイスにおけるスピン極性化電流の供給源として実用可能かどうか。

主な発見

• Ba₂FeMoO₆薄膜は、バルクに類似した磁気的秩序化を示し、Curie温度が約305 Kであった。
• バルクに比べて飽和磁化が低下しているにもかかわらず、負の異方性磁気抵抗（AMR）を示しており、結晶粒内に半金属的特性があることを示している。
• 異常ホール効果の符号が250–300 K 付近で反転し、磁気的秩序の喪失と一致しており、T_C 未満で強いスピン極性化が存在することを確認している。
• 縦磁気抵抗は、60 kOe および5 K でも飽和せず、おそらく反相界（APBs）に起因する持続的なスピン反転散乱が存在することを示している。
• 欠陥領域（APBs）の体積は、良好に整った結晶粒に比べて小さいため、粒内での強いスピン極性化が維持されている。
• 結果として、理想的なバルク磁気的性質を達成しないBFMO薄膜においても、スピン極性化輸送が保持されることを示しており、粒界散乱を最小限に抑えることでスピントロニクス応用に有望である。