Alternating current susceptibility and magnetisation of nanocrystalline Co2MnSi Heusler alloy films

Abstract

The Co2MnSi (CMS) Heusler alloy films with thickness d = 90 ÷ 110 nm were grown by DC magnetron sputtering on both nonheated and heated Si(100) and MgO(100) substrates. The films grown (annealed) at T ≥ 400°C demonstrated a nanocrystalline structure with a partially ordered B2 phase and traces of a highly ordered L21 phase as found from XRD measurements. The films deposited onto the nonheated substrates followed by annealing at Tann = 300 ÷ 500°C demonstrated a gradual increase of the saturation magnetisation, Msat, up to about 4.0 μB/f.u. (at 295 K) while the coercity field, Hc, of the films increased from about 10 to 12 kA/m with Tann increasing from 400 to 500°C. Unusually low Hc values of about 0.1 and 0.3 kA/m have been indicated for the films grown in situ at 400°C on MgO and Si, respectively. A significant increase of the Hc values found for the films grown in situ at Ts = 450°C and reduced Msat values for similar films grown at 500°C have been associated with the instability of the ordered L21 structure at high temperatures.

Plonieji Co2MnSi (CMS) sluoksniai (d = 90 ÷ 10 nm) buvo gaminami pastoviosios srovės magnetroninio dulkinimo būdu ant kaitinamų (Ts = 200 ÷ 500°C) ir nekaitinamų Si(100) ir MgO(100) padėklų. Sluoksniai, užauginti ant nekaitinamų padėklų, buvo papildomai kaitinami vakuume. Elektroninės mikroskopijos ir rentgeno difrakcijos tyrimai parodė, kad nanokristaliniai CMS sluoksniai su iš dalies susitvarkiusiomis B2 ir L21 kristalinėmis struktūromis susidaro esant aukštesnėms auginimo (kaitinimo) temperatūroms (Ts, Tann, ≥400 °C). Sluoksnių, užaugintų ant nekaitintų padėklų, magnetinio įspūdingumo tyrimai atskleidė, kad kaitinimo temperatūrai didėjant nuo 400 °C iki 500 °C jų koercinio lauko Hc vertės kambario temperatūroje kinta nežymiai (10 ÷ 12 kA/m), o soties įmagnetėjimo Msat vertės padidėja iki 4,0 μB/f.u. Sluoksniai, kurie buvo auginami ant kaitinamų MgO ir Si padėklų esant 400 °C temperatūrai, pasižymėjo ypač mažomis Hc vertėmis (atitinkamai ≅ 0,1 ir 0,3 kA/m). Siekiant paaiškinti nepalyginamai didesnes sluoksnių Hc vertes auginant 450 °C temperatūroje ir pastebimą Msat verčių sumažėjimą auginant sluoksnius dar aukštesnėje (500 °C) temperatūroje padaryta prielaida, kad tvarkioji L21 fazė nėra patvari aukštoje (≥450 °C) temperatūroje.