Lattice structure and magnetization

Lattice structure and magnetization of LaCoO3 thin films
1 Introduction
The nature of the phase transition observed in LaCoO3 compound from a nonmagnetic insulator at low temperatures to a paramagnetic semiconductor above 90 K has triggered tremendous experimental and theoretical efforts in the last years, see references [1–3] and references therein. Recently, LaCoO3 has attracted renewed interest due to the observation of ferromagnetism in thin films [4–7]. The bulk LaCoO3 is nonmagnetic at low temperatures, with Co3+ ions having low spin configuration (S = 0). Contrary, the LaCoO3 thin films grown on various substrates exhibit a ferromagnetic ground state below 85 K [5–7]. Regarding the origin of the observed ferromagnetism, several scenarios can be found in literature, i.e. Jahn-Teller distortions and the rotation of the CoO6 octahedra,oxygenvacancies, increasedvolumeand strainenhanced ferromagnetism [4,6–8]. On the theoretical side, the findings are contradictory. Rondinelli et al. [9] found that strain-induced changes in lattice parameters are insufficient to cause transitions to exited spin states of Co3+ ions at reasonable values of strain. Gupta et al. [11] recentlyindicatedthatthestrain-inducedpseudo-tetragonal structure is responsible for the spin-state transition in LaCoO3. The authors of reference [11] observedthat there is a very small CoO6 angle dependence on strain, contrary to earlier suggestions. Recently, a microscopic evidence of a strain-enhanced ferromagnetic state was reported by Park et al. [10]. Using magnetic force microscopy, a ferromagnetic ground state has been confirmed for tensilestrainedfilms, while localmagneticclusters werefound for a relaxed film. Herklotz et al. [6] observed that tetragonal distortion increases the magnetization in tensile-strained films. The above mentioned studies agree to some extend that the ferromagnetism in LCO is enhanced by the substrate-induced strain and that the light hole doping alone is not sufficient to produce ferromagnetism. In this report, we present a detailed study of the structure and magnetic properties of LaCoO3 thin films grown by pulsed laser deposition. Various substrates were used for the film growth in order to tune the strain in the epitaxial layers from tensile to compressive. All our LCO films are ferromagnetic with Curie temperatures slightly varying under different strain states. The saturated magnetic moments are much smaller than expected (theoretical) values for an excited spin-state of the Co3+ ions, but comparable to the previously published data. A much stronger influence of different strain states is observed on the variation of the total magnetic moments compared to changes detected in the Curie temperatures. The LCO films grown under tensile strain have the largest magnetic moments.

Kết quả (Việt) 1:

Cấu trúc lưới và từ hóa của LaCoO3 mỏng films1 giới thiệuBản chất của giai đoạn chuyển tiếp quan sát thấy trong LaCoO3 hợp chất từ một cách điện không ở nhiệt độ thấp để bán dẫn thuận từ trên 90 K đã kích hoạt to lớn efforts thử nghiệm và lý thuyết trong những năm qua, xem tài liệu tham khảo [1-3] và tài liệu tham khảo trong đó. Gần đây, LaCoO3 đã thu hút sự quan tâm mới do các quan sát của ferromagnetism trong mỏng films [4-7]. Phần lớn các LaCoO3 là không ở nhiệt độ thấp, với Co3 + ion có thấp quay configuration (S = 0). Ngược lại, films mỏng LaCoO3 được trồng trên các chất nền triển lãm một trạng thái mặt đất sắt từ dưới 85 K [5 – 7]. Liên quan đến nguồn gốc của ferromagnetism quan sát, một số kịch bản có thể được tìm thấy trong văn học, tức là biến dạng Jahn-Teller và sự quay của octahedra CoO6, oxygenvacancies, increasedvolumeand strainenhanced ferromagnetism [4,6-8]. Về mặt lý thuyết, các findings là mâu thuẫn. Rondinelli et al. [9] cho thấy căng thẳng gây ra những thay đổi trong lưới tham số insufficient gây ra quá trình chuyển đổi đã thoát spin kỳ các ion Co3 + lúc giá trị hợp lý của căng thẳng. Gupta et al. [11] bốn phương recentlyindicatedthatthestrain inducedpseudo cấu trúc có trách nhiệm chuyển đổi trạng thái quay trong LaCoO3. Các tác giả của tài liệu tham khảo [11] observedthat đó là một CoO6 rất nhỏ góc sự phụ thuộc vào căng thẳng, trái với lời đề nghị trước đó. Gần đây, một bằng chứng vi một căng thẳng tăng cường sắt từ nhà nước đã được báo cáo bởi Park et al. [10]. Sử dụng magnetic force microscopy, một trật tự sắt từ đất nước đã là confirmed cho tensilestrainedfilms, trong khi localmagneticclusters werefound cho film thoải mái. Herklotz et al. [6] quan sát biến dạng bốn phương tăng từ hóa ở độ bền kéo căng thẳng films. Các nghiên cứu đã đề cập ở trên đồng ý với một số mở rộng ferromagnetism ở LCO được tăng cường bởi sự căng thẳng gây ra bề mặt và rằng doping lỗ ánh sáng một mình không phải là sufficient để sản xuất ferromagnetism. Trong báo cáo này, chúng tôi trình bày một nghiên cứu chi tiết về cấu trúc và tính chất từ của LaCoO3 mỏng films phát triển bởi lắng đọng xung laser. Các chất được sử dụng cho sự phát triển film để điều chỉnh sự căng thẳng trong các lớp trải từ độ bền kéo để nén. Tất cả các films LCO của chúng tôi có trật tự sắt từ nhiệt độ Curie hơi khác nhau dưới different chủng kỳ. Những khoảnh khắc từ bão hòa là nhỏ hơn nhiều so với các giá trị (lý thuyết) dự kiến sẽ cho một vòng quay vui mừng, nhà nước của các ion Co3 +, nhưng so sánh với các dữ liệu được công bố trước đó. Một influence mạnh mẽ hơn nhiều different chủng kỳ là quan sát trên các biến thể của tất cả những khoảnh khắc từ so sánh với những thay đổi được phát hiện ở nhiệt độ Curie. films LCO được trồng theo độ bền kéo chủng có khoảnh khắc từ lớn nhất.