ИСТИНА

Сложный оксид Lu3Fe5O12 (LuIG) имеет кристаллическую структуру типа граната и является разновидностью магнитных диэлектриков, применяющихся в технике СВЧ. При осаждении эпитаксиальных пленок Lu3Fe5O12 на монокристаллические подложки Gd3Ga5O12 (GGG) вакуумными высокотемпературными методами большой проблемой является то, что Ga2O3 имеет тенденцию улетучиваться с поверхности подложки GGG, что отрицательно влияет на структуру и магнитные свойства Lu3Fe5O12. Поэтому мы впервые попытались осадить тонкие пленки на подложках Ce:Gd3Al2Ga3O12 (GAGG)*, в которых часть галлия заменена алюминием, что должно помочь уменьшить испарение оксида галлия и, таким образом, способствовать уменьшению концентрации ростовых дефектов в пленках LuIG. Кроме того, частичное замещение Ga на меньший по размеру Al должно привести к уменьшению рассогласования параметров элементарной ячейки (ЭЯ) на границе пленка/подложка и уменьшению эпитаксиальных напряжений в пленке Lu3Fe5O12. В нашей работе пленки Lu3Fe5O12 (LuIG) были синтезированы методом химического осаждения из паров металл-органических прекурсоров (MOCVD) с использованием в качестве последних дипивалоилметанатов лютеция и железа. Для осаждения использовали монокристаллические подложки GAGG(110) и GAGG(100), а также GGG(111) в качестве подложки сравнения. Полученные образцы были исследованы методами XRD, AFM и ферромагнитного резонанса (FMR). В соответствии с литературными данными [0] параметры ЭЯ LuIG меньше, чем у подложек GGG и GAGG. Из этого следует ожидать, что пленки подвергаются растяжению вдоль границы раздела пленка-подложка и, напротив, сжатию перпендикулярно поверхности подложки, так как их деформация носит упругий характер. Однако результаты XRD показывают, что пики пленок, полученных на подложках GAGG(110) и GAGG(100), лежат левее соответствующих пиков недеформированного LuIG (их положение определено по XRD порошка). Это означает, что параметры пленки ЭЯ заметно увеличиваются вдоль нормали к поверхности, что невозможно объяснить влиянием эпитаксиальных напряжений. Мы считаем, что другой причиной увеличения параметров ЭЯ пленок граната может быть отклонение катионного состава пленок от стехиометрии 3:5 при возникновении антиструктурных дефектов типа [Lu3+Fe3+]октаэдр [2]. Для проверки последней гипотезы был предпринят анализ пленок методом рентгеновского флюоресцентного анализа с полным внешним отражением (РФлА ПВО), с помощью которого установлено, что отношение содержания элементов Fe/Lu в фактически полученных пленках LuIG равно 1,24 (меньше теоретического значения 1,67), что свидетельствует об избытке лютеция и относительном недостатке железа в пленках граната. Для более детального исследования влияния состава на параметр ЭЯ LuIG были нанесены пленки с увеличенным и уменьшенным соотношением Fe/Lu. Полученные результаты позволили продемонстрировать, что LuIG в эпитаксиальных пленках, в отличие от порошков, действительно обладает катионной нестехиометрией. Они также дают возможность разделить вклад изменения параметра ЭЯ за счет нестехиометрии и вклад напряжений на границе раздела пленка/подложка. После оптимизации состава пара прекурсоров на подложке GAGG(110) получены пленки с рекордно-низкой шириной линии ФМР (ΔH=13 Э).