Abstract Magnetic and structural properties of L10 Mn53Ga47 islands epitaxially grown onto MgO(1 0 0) substrates are discussed. The samples were fabricated by sputter-deposition at a substrate temperature Ts during deposition. The samples deposited at Ts above 500 °C were found to form the island structure of Volmer-Weber type. The average size of the islands fabricated at Ts = 600 °C is around 200 nm in width and 60 nm in height. The XRD and TEM analyses indicate that those islands are of the L10 phase with the 〈0 0 1〉 axis perpendicular to the substrate surface. The lattice constants a and c are 3.91 ± 0.01 A and 3.65 ± 0.02 A, respectively, which are larger by 0.8%, and smaller by 1.5% respectively, as compared to the bulk values of the same composition. The order parameter of these islands is found to increase from 0.7 to 0.8 for Ts = 450–500 °C, and then remains nearly constant (≈0.8) for higher Ts. The M-H hysteresis loops exhibit a high squareness for all the samples for Ts = 450–600 °C. The saturation magnetization Ms is about 220 and 350 emu/cm3 for Ts = 450 and 600 °C, respectively. The out-of-plane coercivity Hc is 5 and 13 kOe for Ts = 450 and 600 °C, respectively. The temperature dependence of Ms for the sample made at Ts = 600 °C was measured and fitted to an empirical relation in order to estimate Tc. The estimated Tc around 600 K is in reasonable agreement with the reported value of bulk L10 Mn53Ga47. The uniaxial perpendicular magnetic anisotropy constant Ku estimated by the out-of-plane torque curves is around 1.1 × 107 and 8.3 × 106 erg/cm3 at 5 and 300 K, respectively. The initial magnetization curves of these islands exhibit a typical pinning mode for the coercivity mechanism. A phenomenological discussion of the coercivity is presented on the basis of Kronmuller’s formula. It is found that the coefficient α and effective demagnetizing factor Neff in the formula by Kronmuller are approximately 0.38 and 12. For the magnetic anisotropy mechanism, the power law relation between Ku(T) and Ms(T) is examined. It is found that the exponent n for Ku(T)∝Ms(T)n varies from 2.3 to 3.5 for T from 350 to 5 K. However, the n in a whole temperature range from 5 to 350 K is 2.6. The n = 2.6 suggests a deviation from the single-ion mechanism, and is consistent with the theoretical predictions of Ga contribution.

中文翻译：

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L 1 0 Mn-Ga外延生长岛的磁性和结构特性

摘要 讨论了外延生长在 MgO(1 0 0) 衬底上的 L10 Mn53Ga47 岛的磁性和结构特性。样品是在沉积过程中在基板温度 Ts 下通过溅射沉积制造的。发现在 500 °C 以上的 Ts 沉积的样品形成了 Volmer-Weber 型的岛结构。在 Ts = 600 °C 下制造的岛的平均尺寸约为 200 nm 宽和 60 nm 高。XRD 和TEM 分析表明这些岛是L10 相，<0 0 1> 轴垂直于基板表面。晶格常数 a 和 c 分别为 3.91 ± 0.01 A 和 3.65 ± 0.02 A，与相同成分的整体值相比，它们分别大 0.8% 和小 1.5%。发现这些岛的顺序参数从 0.7 增加到 0。Ts = 450–500 °C 时为 8，然后对于更高的 Ts 保持几乎恒定（≈0.8）。对于 Ts = 450–600 °C 的所有样品，MH 磁滞回线表现出高矩形度。对于 Ts = 450 和 600 °C，饱和磁化强度 Ms 分别约为 220 和 350 emu/cm3。对于 Ts = 450 和 600 °C，面外矫顽力 Hc 分别为 5 和 13 kOe。测量了在 Ts = 600 °C 下制作的样品的 Ms 的温度依赖性，并将其拟合为经验关系以估计 Tc。大约 600 K 的估计 Tc 与大块 L10 Mn53Ga47 的报告值合理一致。通过面外扭矩曲线估计的单轴垂直磁各向异性常数 Ku 在 5 和 300 K 下分别约为 1.1 × 107 和 8.3 × 106 erg/cm3。这些岛的初始磁化曲线表现出矫顽力机制的典型钉扎模式。在 Kronmuller 公式的基础上，对矫顽力进行了现象学讨论。发现Kronmuller公式中的系数α和有效退磁因子Neff大约为0.38和12。对于磁各向异性机制，考察了Ku(T)和Ms(T)之间的幂律关系。发现 Ku(T)∝Ms(T)n 的指数 n 从 2.3 到 3.5 对于 T 从 350 到 5 K。然而，在 5 到 350 K 的整个温度范围内，n 为 2.6。n = 2.6 表明偏离单离子机制，与 Ga 贡献的理论预测一致。在 Kronmuller 公式的基础上，对矫顽力进行了现象学讨论。发现Kronmuller公式中的系数α和有效退磁因子Neff大约为0.38和12。对于磁各向异性机制，考察了Ku(T)和Ms(T)之间的幂律关系。发现 Ku(T)∝Ms(T)n 的指数 n 从 2.3 到 3.5 对于 T 从 350 到 5 K。然而，在 5 到 350 K 的整个温度范围内，n 为 2.6。n = 2.6 表明偏离单离子机制，与 Ga 贡献的理论预测一致。在 Kronmuller 公式的基础上，对矫顽力进行了现象学讨论。发现Kronmuller公式中的系数α和有效退磁因子Neff大约为0.38和12。对于磁各向异性机制，考察了Ku(T)和Ms(T)之间的幂律关系。发现 Ku(T)∝Ms(T)n 的指数 n 从 2.3 到 3.5 对于 T 从 350 到 5 K。然而，在 5 到 350 K 的整个温度范围内，n 为 2.6。n = 2.6 表明偏离单离子机制，与 Ga 贡献的理论预测一致。考察了 Ku(T) 和 Ms(T) 之间的幂律关系。发现 Ku(T)∝Ms(T)n 的指数 n 从 2.3 到 3.5 对于 T 从 350 到 5 K。然而，在 5 到 350 K 的整个温度范围内，n 为 2.6。n = 2.6 表明偏离单离子机制，与 Ga 贡献的理论预测一致。考察了 Ku(T) 和 Ms(T) 之间的幂律关系。发现 Ku(T)∝Ms(T)n 的指数 n 从 2.3 到 3.5 对于 T 从 350 到 5 K。然而，在 5 到 350 K 的整个温度范围内，n 为 2.6。n = 2.6 表明偏离单离子机制，与 Ga 贡献的理论预测一致。