[发明专利]一种用Ru缓冲层实现六角Mn3Ga薄膜制备的方法

说明书

本发明提供了一种用Ru缓冲层实现六角Mn₃Ga薄膜制备的方法，即通过射频磁控溅射，在Si衬底上依次室温生长5nm Ta、30nm Ru和200nm Mn₃Ga后，再进行550℃退火处理。本发明的制备工艺简单，使用价格相对低廉的Si衬底和Ta/Ru缓冲层，制备出的[002]型六角Mn₃Ga在10～100K的较大温度范围内保持8nΩcm的拓扑霍尔电导率。

技术领域

本发明属于六角Mn₃Ga薄膜制备领域，特别涉及一种用Ru缓冲层实现六角Mn₃Ga薄膜制备的方法。

背景技术

六角Mn₃Ga由于其特殊的磁性能和输运性能，可被应用于自旋转移转矩和自旋泵送。在六角的非共线反铁磁体的Mn₃Sn和Mn₃Ge单晶中，由于Mn-kagome晶格的存在，已经在实验中证实存在超大的反常霍尔效应(AHE)，这使得Mn₃Sn和Mn₃Ge单晶在反铁磁体自旋电子设备上拥有广泛的应用前景。近几年来，人们预测在同系列的六角的Mn₃Ga多晶体会有低于临界温度的拓扑霍尔效应。大家对合金和薄膜状四方相Mn₃Ga进行了大量的研究，但仍然缺乏对薄膜状六角Mn₃Ga的相关研究。此外，薄膜状还可以增强特定结构域(如斯格明子)形成的稳定性，并且薄膜在自旋电子器件中的应用是不可或缺的，因此研究六角Mn₃Ga薄膜非常有必要性。人们通过选择SrTiO₃(001)和MgO(001)衬底上生长特殊的缓冲层如Pt等，可以外延生长出六角相的Mn₃Ga，但相应的缓冲层价格昂贵，制造工艺复杂，在实际应用中受到了一定限制。因此，研究在普通缓冲层上生长的，制备工艺简单的六角Mn₃Ga薄膜仍具有挑战性。

发明内容

技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种用Ru缓冲层实现六角Mn₃Ga薄膜制备的方法。

技术方案：本发明提供的用Ru缓冲层实现六角Mn₃Ga薄膜制备的方法，主要通过射频磁控溅射，在Si衬底上依次室温生长5nm Ta、30nm Ru和200nm Mn₃Ga后，再进行550℃退火处理。

作为优选方案：在Si衬底上生长Ta的具体操作步骤为：通过射频磁控溅射在Si(001)衬底上室温生长5nm Ta；其中本底气压为2.0×10^-5Pa，溅射气压为1Pa，溅射功率为80W，溅射时间为20s。

作为进一步优选方案：在Si衬底上生长Ru的具体操作步骤为：将Si衬底上已经生长5nm Ta的样品上继续室温生长30nm Ru；其中本底气压为2.0×10^-5Pa，溅射气压为1Pa，溅射功率为80W，溅射时间为7.5min。

作为进一步优选方案：在Si衬底上生长Mn₃Ga的具体操作步骤为：将Si衬底上已经生长30nm Ru的样品上继续室温生长200nm Mn3Ga；其中本底气压为2.0×10-⁵Pa，溅射气压为1Pa，溅射功率为80W，溅射时间为20min。

作为进一步优选方案：所述550℃退火处理具体操作步骤为：将生长结束得到的样品置于高真空环境下升温至550℃，保持20min后关闭加热源，待所述样品冷却至50℃以下，取出样品。

作为进一步优选方案：上述Si衬底为[001]型Si衬底。

作为进一步优选方案：上述Mn₃Ga为[002]型Mn₃Ga。