Химическое газофазное осаждение эпитаксиальных пленок Tm3Fe5O12, исследование их структуры и свойств в терагерцовом диапазоне

  • Мария Николаевна Маркелова ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1014-9437
  • Абдувосит Абдувосеъович Хафизов ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0003-0740-8180
  • Сяоюй Ши ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0007-4025-9032
  • Игорь Эдвинович Грабой ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0003-7011-2200
  • Максим Сергеевич Шанин ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0009-0007-7215-4024
  • Мария Руслановна Конникова ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-4701-6483
  • Александр Павлович Шкуринов ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-6309-4732
  • Андрей Рафаилович Кауль ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-3582-3467
DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/12488
Ключевые слова: тонкие пленки, феррогранаты, MOCVD, структура, антиструктурные дефекты, спектроскопия комбинационного рассеяния, терагерцовая спектроскопия

Аннотация

В настоящей работе в целях поиска и разработки новых материалов спинтроники методом химического осаждения из паров металлорганических прекурсоров (MOCVD) получены тонкие пленки феррограната Tm3Fe5O12 на монокристаллических подложках Gd3Ga5O12(111) – GGG и Y3Al5O12(111) - YAG. Пленки Tm3Fe5O12 были исследованы методами рентгеновской дифракции, рентгеноспектрального микроанализа, спектроскопии комбинационного рассеяния (КР) и терагерцовой (ТГц) импульсной спектроскопии.

Показан эпитаксиальный характер пленок, осажденных на подложки обоих типов. Обнаружено, что рост гранатной пленки в высокотемпературных вакуумных условиях MOCVD на подложке GGG осложнен испарением оксида галлия, что становится причиной внедрения оксида железа в приповерхностный слой подложки, обогащения примыкающего слоя пленки оксидом тулия и образования нестехиометрического граната с антиструктурными дефектами.

Сделан вывод о большей перспективности подложек YAG, поскольку гетероэпитаксия феррогранатов на них не имеет подобных осложнений

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Мария Николаевна Маркелова, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация

к. х. н., н. с. химического факультета, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)

Абдувосит Абдувосеъович Хафизов, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация

аспирант факультета наук о материалах, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)

Сяоюй Ши, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация

студентка магистратуры факультета наук о материалах, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)

Игорь Эдвинович Грабой, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация

к. х. н., с. н. с. химического факультета, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)

Максим Сергеевич Шанин, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация

аспирант физического факультета, м. н. с., Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация); н. с., Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” (Москва, Российская Федерация)

Мария Руслановна Конникова, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация

м. н. с. физического факультета, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация); м. н. с., Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” (Москва, Российская Федерация)

Александр Павлович Шкуринов, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация

д. ф.-м. н., член-корр. РАН, профессор кафедры общей физики и волновых процессов физического факультета, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)

Андрей Рафаилович Кауль, ФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова», Ленинские горы, д. 1, Москва 119991, Российская Федерация

д. х. н., профессор кафедры неорганической химии химического факультета, Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (Москва, Российская Федерация)

Литература

Nikitov S. A., Kalyabin D. V., Lisenkov I. V. … Pavlov E. S. Magnonics: a new research area in spintronics and spin wave electronics. Physics-Uspekhi. 2015;58: 1002–1028. https://doi.org/10.3367/UFNr.0185.201510m.1099

Robertson J. M. Liquid phase epitaxy of garnets. Journal of Crystal Growth. 1978;45: 233–242. https://doi.org/10.1016/0022-0248(78)90441-4

Hibiya, T., Görnert, P. Liquid phase epitaxy of garnets. Liquid phase epitaxy of electronic, optical and optoelectronic materials. P. Capper and M. Mauk (eds.). John Wiley & Sons Limited, US; 2007. p. 305–339. https://doi.org/10.1002/9780470319505.ch11

Akchurin R. H., Marmalyuk А. А. МОС-hydrid epitaxy in the technology of materials for photonics and electronics*. Technosphera Publ.; 2018. 488 p. (In Russ.)

Kaul A. R., Gorbenko O. Yu., Kamenev A. A. The role of heteroepitaxy in the development of new thin-film oxidebased functional materials. Russian Chemical Reviews. 2004; 73(9): 861–880. https://doi.org/10.1070/rc2004v073n09abeh000919

Geller S. Crystal chemistry of the garnets. Zeitschrift für Kristallographie; 1967;125: 1–47. https://doi.org/10.1524/zkri.1967.125.16.1

Blank T. G. H., Mashkovich E. A., Grishunin K. A., … Kimel A. V. Effective rectification of terahertz electromagnetic fields in a ferrimagnetic iron garnet. Physical Review B. 2023; 108: 094439. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.108.094439

Volkov D. A., Gabrielyan D. A., Matveev A. A., … Nikitov S. A. Spin pumping from Lu3Fe5O12. JETP Letters. 2024; 119(5): 357-362. https://doi.org/10.1134/S0021364024600150

Kudasov Yu. B., Logunov M. V., Kozabaranov R. V., … Svetlov A. S. Magnetooptic properties of bismuth-substituted ferrite–garnet films in strong pulsed magnetic fields. Physics of the Solid State; 2018;60(11): 2207–2210. https://doi.org/10.1134/S106378341811015X

Kirilyuk A., Kimel A. V., Rasing T. Ultrafast optical manipulation of magnetic order. Reviews of Modern Physics. 2016; 88: 039904. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.82.2731

Kaul A. R., Nygaard R. R., Ratovskiy V. Yu., Vasiliev A. L. TSF-MOCVD – a novel technique for chemical vapour deposition on oxide thin films and layered heterostructures. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2021;23(3): 396–405. https://doi.org/10.17308/kcmf.2021.23/3531

Nazarov M. M., Makarova S. A., Shkurinov A. P., Okhotnikov O. G. The use of combination of nonlinear optical materials to control terahertz pulse generation and detection. Applied Physics Letters. 2008;92: 021114. https://doi.org/10.1063/1.2831658

Coutaz J.-L., Garet F., Wallace V. Principles of terahertz time-domain spectroscopy. (1st ed.). New York: Jenny Stanford Publishing; 2018. 640 p. https://doi.org/10.1201/b22478

Hafizov A. A., Markelova M. N., Gu R., … Kaul A. R. Gas-phase deposition, structure and ferrimagnetic esonance of epitaxial garnet films of Lu3Fe5O12*. Solid state chemistry and functional materials – 2024: Proc. XIII All-Russ. Conf., 16–20 September 2024. St. Petersburg: Novbytkhim Publ.; 2024. p. 405. (In Russ.)

Shannon R. D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides. Acta Crystallographica Section A. 1976;A32: 751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551

Karban’ O. V. Defects, crystal ordering, properties of oxides with garnet structure*. Cand. Phys. and Math. diss. Abstr. Izhevsk: 1999. 169 p. (In Russ.). Available at: https://www.dissercat.com/content/defekty-kristallograficheskoeuporyadochenie-svoistva-oksidov-so-strukturoi-granata

Dong J., Lu K. Non-cubic symmetry in garnet structures studied using extended x-ray absorption finestructure spectra. Physical Review B. 1999;43(11): 8808–8821. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.43.8808

Efimov A. N., Lebedev A. O. Geometric aspects of heteroepitaxy*. St. Petersburg: SPbGETU «LETI» Publ.; 2012. 110 p. (In Russ.)

Rabkin L. I., Soskin S. A., Epshtein B. Sh. Ferrites. Structure, properties, production technology*. Leningrad: Energy Publ.; 1968. 384 p. (In Russ.)

Bilbao Crystallographic Server. Available at: https://www.cryst.ehu.es/

McDevitt N. T. Infrared lattice spectra of rare-earth aluminum, gallium, and iron garnets. Journal of the optical Society of America. 1969;59(9): 1240–1244. https://doi.org/10.1364/josa.59.001240

Gaume R., Steere D., Sundaram S. K. Effect of nonstoichiometry on the terahertz absorption of Y3Al5O12 optical ceramics. Journal of Materials Research. 2014;29(19): 2338–2343. https://doi.org/10.1557/jmr.2014.236

Pavlov V. V., Pisarev R. V., Fiebig M., Fröhlich D. Optical harmonic generation in magnetic garnet epitaxial films near the fundamental absorption edge. Physics of the Solid State; 2003: 45(4): 662–669. https://doi.org/10.1134/1.1569002

Sharma A., Ciubotariu O. T., Matthes P., … Salvan G. Optical and magneto-optical properties of pulsed laser-deposited thulium iron garnet thin films. Applied Research. 2024;3: e202200064. https://doi.org/10.1002/appl.202200064

Konnikova M. R., Tretyakov A. K., Shevchenko A. R., … Shkurinov A. P. PCM for driving active THz modulators: frequency and polarization sensitivity. 2024 International Conference Laser Optics (ICLO), Saint Petersburg, Russian Federation, 2024: c. 326–326. https://doi.org/10.1109/ICLO59702.2024.10624176

Konnikova M., Tretyakov A., Kistenev Y., Ozheredov I., Coutaz J.-L., Shkurinov A. Novel method for extracting electromagnetic parameters of thin films based on dualmode terahertz time-domain spectroscopy easurements. Journal of Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves; 2024. (in press)

Опубликован
2024-12-04
Как цитировать
Маркелова, М. Н., Хафизов, А. А., Ши, С., Грабой, И. Э., Шанин, М. С., Конникова, М. Р., Шкуринов, А. П., & Кауль, А. Р. (2024). Химическое газофазное осаждение эпитаксиальных пленок Tm3Fe5O12, исследование их структуры и свойств в терагерцовом диапазоне. Конденсированные среды и межфазные границы, 27(1), 104-114. https://doi.org/10.17308/kcmf.2025.27/12488
Выпуск
Том 27 № 1 (2025)
Раздел
Оригинальные статьи

Copyright (c) 2024 Конденсированные среды и межфазные границы

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Crossref
Scopus
Google Scholar
Europe PMC