Growth of Zn0.4Fe2.6O4 Thin Films using Pulsed Laser Deposition and their Crystal Structural and Magnetic Properties

We grew $Zn_{0.4}Fe_{2.6}O_4$ thin films using Pulsed Laser Deposition and studied their crystal structure and magnetical characteristics as a function of growth temperature ($T_g$). For the film with $T_g=300^{\circ}C$, X-ray reflections from ${\alpha}-Fe_2O_3$ and ZnO were observed. However, when $T_g$ was increased from 300 to $500^{\circ}C$, crystal structure of inverse spinel was stabilized with the crystal orientation of $Zn_{0.4}Fe_{2.6}O_4(111)/Al_2O_3(0001)$ without any detection of ${\alpha}-Fe_2O_3$ and ZnO phases. The surface morphology shows flattening behavior with increasing $T_g$ from 300 to $500^{\circ}C$. These observations indicate that Zn is substituted into tetrahedron A-site of the inverse-spinel $Fe_3O_4$. M-H curves exhibit clear ferromagnetism for the sample with $T_g=500^{\circ}C$ whereas no ferromagnetism is observed for the film with $T_g=300^{\circ}C$.

Pulsed Laser Deposition을 이용한 Zn0.4Fe2.6O4 박막의 합성과 그 결정성 및 자기적 특성의 연구

Pulsed Laser Deposition 방법을 사용하여 $Zn_{0.4}Fe_{2.6}O_4$ 박막을 증착하였으며 이의 결정성 및 자기적 특성을 증착온도의 함수로 조사하였다. 증착온도가 $300^{\circ}C$었을 경우 박막은 코런돔(corundom) ${\alpha}-$Fe_2O_3$ 또는 워자이트(wurzite) ZnO 구조를 지니고 있었으나 증착온도가 $500^{\circ}C$로 증가되었을 경우에는 $Zn_{0.4}Fe_{2.6}O_4(111)/Al_2O_3(0001)$의 결정 방향을 지닌 매우 안정된 역스피넬(inverse spinel) 성장이 이루어졌으며 또한 표면의 거칠기도 증착온도가 $300^{\circ}C$ 일 때 보다 더 평평하여졌다. 이러한 역스피넬 $Zn_{0.4}Fe_{2.6_O_4$ 박막에서는 X-선 산란 분석 결과 ${\alpha}-$Fe_2O_3$, ZnO에 해당하는 픽들은 전혀 관측되지 않았으며 이러한 사실들은 Zn가 증착온도를 높여줌에 따라 역스피넬의 사면체 자리에 치환되었음을 의미한다. M-H 곡선의 측정 결과 증착온도 $300^{\circ}C$ 박막은 자성 특성이 거의 관측되지 않은 반면 $500^{\circ}C$ 박막의 경우에는 매우 뚜렷한 강자성 특성을 확인할 수 있었으며 벌크보다 작은 포화자화 값은 팔면체 자리의 Fe 스핀들의 삐뚤림(canting)에 의한 것으로 이해된다.