We show that Fe-MgO interfaces possess strong perpendicular magnetic anisotropy of 1.0 ± 0.1 erg/cm2 in fully epitaxial MgO/V/Fe/MgO(001) and MgO/Cr/Fe/MgO(001) heterostructures. The sign and amplitude of the total anisotropy are quantified as a function of Fe thickness using magnetometry and ferromagnetic resonance. There is a transition from out-of-plane to in-plane anisotropy for 6 Fe monolayers in V/Fe/MgO and only 4 monolayers in Cr/Fe/MgO. A detailed study of the Fe magnetization and effective anisotropy in both systems explains this difference and quantifies the Fe-MgO interface anisotropy.

1.
O.
Ozatay
,
P. G.
Mather
,
J. U.
Thiele
,
T.
Hauet
, and
P. M.
Braganca
, “
Spin-based data storage
,” in
Nanofabrication and Devices of Comprehensive Nanoscience and Nanotechnology
, edited by
D.
Andrews
,
G.
Scholes
, and
G.
Wiederrecht
(
Elsevier
,
London
,
2010
), Vol. 4, pp.
561
614
.
2.
S.
Mangin
,
D.
Ravelosona
,
J. A.
Katine
,
M. J.
Carey
,
B. D.
Terris
, and
E. E.
Fullerton
,
Nature Mater.
5
,
210
(
2006
).
3.
S.
Ikeda
,
K.
Miura
,
H.
Yamamoto
,
K.
Mizunuma
,
H. D.
Gran
,
M.
Endo
,
S.
Kanai
,
J.
Hayakawa
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
Nature Mater.
9
,
721
(
2010
).
4.
J. H.
Jung
,
S. H.
Lim
, and
S. R.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
042503
(
2010
).
5.
K.
Lee
,
J. J.
Sapan
,
S. H.
Kang
, and
E. E.
Fullerton
,
J. Appl. Phys.
109
,
123910
(
2011
).
6.
M.
Yamanouchi
,
R.
Koizumi
,
S.
Ikeda
,
H.
Sato
,
K.
Mizunuma
,
K.
Miura
,
H. D.
Gan
,
F.
Matsukura
, and
H.
Ohno
,
J. Appl. Phys.
109
,
07C712
(
2011
).
7.
Q. L.
Ma
,
S.
Lihama
,
T.
Kubota
,
X. M.
Zhang
,
S.
Mizukami
,
Y.
Ando
, and
T.
Miyazaki
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
122414
(
2012
).
8.
M.
Weisheit
,
S.
Fähler
,
A.
Marty
,
Y.
Souche
,
C.
Poinsignon
, and
D.
Givord
,
Science
315
,
349
(
2007
).
9.
Y.
Shiota
,
T.
Maruyama
,
T.
Nozaki
,
T.
Shinjo
,
M.
Shiraishi
, and
Y.
Suzuki
,
Appl. Phys. Express
2
,
063001
(
2009
).
10.
T.
Maruyama
,
Y.
Shiota
,
T.
Nozaki
,
K.
Ohta
,
N.
Toda
,
M.
Mizuguchi
,
A. A.
Tulapurka
,
T.
Shinjo
,
M.
Shiraishi
,
S.
Mizukami
,
Y.
Ando
, and
Y.
Suzuki
,
Nat. Nanotech.
4
,
158
(
2009
).
11.
K.
Nakamura
,
R.
Shimabukuro
,
Y.
Fujiwara
,
T.
Akiyama
,
T.
Ito
, and
A. J.
Freeman
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
187201
(
2009
).
12.
W.-G.
Wang
,
M.
Li
,
S.
Hageman
, and
C. L.
Chien
,
Nature Mater.
11
,
64
(
2012
).
13.
M. K.
Niranjan
,
C.-G.
Duan
,
S. S.
Jaswal
, and
E. Y.
Tsymbal
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
222504
(
2010
).
14.
H. X.
Yang
,
M.
Chshiev
,
B.
Dieny
,
J. H.
Lee
,
A.
Manchon
, and
K. H.
Shin
,
Phys. Rev. B
84
,
054401
(
2011
).
15.
K. H.
He
and
S. J.
Chen
,
J. Appl. Phys.
111
,
07C109
(
2012
).
16.
M. T.
Johnson
,
P. J. H.
Bloemen
,
F. J. A.
den Broeder
, and
J. J.
de Vries
,
Rep. Prog. Phys.
59
,
1409
1458
(
1996
).
17.
Y.
Shiota
,
T.
Nozaki
,
F.
Bonell
,
S.
Murakami
,
T.
Shinjo
, and
Y.
Suzuki
,
Nature Mater.
11
,
39
(
2012
).
18.
T.
Nozaki
,
Y.
Shiota
,
M.
Shiraishi
,
T.
Shinjo
, and
Y.
Suzuki
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
022506
(
2010
).
19.
A.
Manchon
,
C.
Ducruet
,
L.
Lombard
,
S.
Auffret
,
B.
Rodmacq
,
B.
Dieny
,
S.
Pizzini
,
J.
Vogel
,
V.
Uhlíř
,
M.
Hochstrasser
, and
G.
Panaccione
,
J. Appl. Phys.
104
,
043914
(
2008
).
20.
D.
Lacour
,
M.
Hehn
,
M.
Alnot
,
F.
Montaigne
,
F.
Greullet
,
G.
Lengaigne
,
O.
Lenoble
,
S.
Robert
, and
A.
Schuhl
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
192506
(
2007
).
21.
F.
Bonell
,
S.
Murakami
,
Y.
Shiota
,
T.
Nozaki
,
T.
Shinjo
, and
Y.
Suzuki
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
232510
(
2011
).
22.
J.
Izquierdo
,
R.
Robles
,
A.
Vega
,
M.
Talanana
, and
C.
Demangeat
,
Phys. Rev. B
64
,
060404
R
(
2001
).
23.
M.
Sicot
,
S.
Andrieu
,
P.
Turban
,
Y.
Fagot-Revurat
,
H.
Cercellier
,
A.
Tagliaferri
,
C.
De Nadai
,
N. B.
Brookes
,
F.
Bertran
, and
F.
Fortuna
,
Phys. Rev. B
68
,
184406
(
2003
).
24.
F.
Dulot
,
P.
Turban
,
B.
Kierren
,
J.
Eugène
,
M.
Alnot
, and
S.
Andrieu
,
Surf. Sci.
473
,
172
(
2001
).
26.
C. D.
Graham
,
Phys. Rev.
112
,
1117
(
1958
).
27.
D.
Sander
,
J. Phys.: Condens. Matter
16
,
603
(
2004
).
28.
P.
Turban
,
L.
Hennet
, and
S.
Andrieu
,
Surf. Sci.
446
,
241
(
2000
).
29.
A. N.
Anisimov
,
M.
Farle
,
P.
Poulopoulos
,
W.
Platow
,
K.
Baberschke
,
P.
Isberg
,
R.
Wäppling
,
A. M. N.
Niklasson
, and
O.
Eriksson
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
2390
(
1999
).
30.
H.
Fritzche
,
T.
Nawrath
,
H.
Maletta
, and
H.
Lauter
,
Physica B
241–243
,
707
(
1997
).
31.
A.
Broddefalka
P.
Nordblada
,
P.
Blomqvist
,
P.
Isberg
,
R.
Wappling
,
O.
Le Bacq
, and
O.
Eriksson
,
J. Magn. Magn. Mater.
241
,
260
(
2002
).
32.
A.
Macedo Texeira
,
C. A.
Ramos
,
A. A. R.
Fernandes
, and
E. E.
Fullerton
,
J. Magn. Magn. Mater.
226–230
(
2
),
1788
(
2001
).
33.
V.
Serin
,
S.
Andrieu
,
R.
Serra
,
F.
Bonell
,
C.
Tiusan
,
L.
Calmels
,
M.
Varela
,
S. J.
Pennycook
,
E.
Snoeck
,
M.
Walls
, and
C.
Colliex
,
Phys. Rev. B
79
,
144413
(
2009
).
34.
F.
Bonell
,
S.
Andrieu
,
A. M.
Bataille
,
C.
Tiusan
, and
G.
Lengaigne
,
Phys. Rev. B
79
,
224405
(
2009
).
35.
M.
Gottwald
,
S.
Andrieu
,
F.
Gimbert
,
E.
Shipton
,
L.
Calmels
,
C.
Magen
,
E.
Snoeck
,
M.
Liberati
,
T.
Hauet
,
E.
Arenholz
,
S.
Mangin
, and
E. E.
Fullerton
,
Phys. Rev. B
86
,
014425
(
2012
), and references therein.
You do not currently have access to this content.