We report effect of the initial structural order on the resulting magnetic properties of manganese implanted TiO2 films. Different microstructures of as-grown TiO2 films, namely, amorphous, polycrystalline anatase, and epitaxial anatase, have been implant-doped with Mn+ up to a concentration of 5 at. %. We found that different initial structures lead to different defect and charge carrier concentrations and, as a result, strongly influence the magnetic properties upon implantation. Depending on the initial microstructure, paramagnetism, secondary phases related magnetic properties as well as ferromagnetism could be observed in the films.

1.
Y.
Matsumoto
,
M.
Murakami
,
T.
Shono
,
T.
Hasegawa
,
T.
Fukumura
,
M.
Kawasaki
,
P.
Ahmet
,
T.
Chikow
,
S.
Koshibara
, and
H.
Koinuma
,
Science
291
,
854
(
2001
).
2.
W.
Prellier
,
A.
Fouchet
, and
B.
Mercey
,
J. Phys. Condens. Matter
15
,
R1583
(
2003
).
3.
J. B.
Goodenough
,
Magnetism and the Chemical Bond
(
Interscience
,
New York
,
1963
).
4.
D. W.
Abraham
,
M. M.
Frank
, and
S.
Guha
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
252502
(
2005
).
5.
N.
Akdogan
,
A.
Nefedov
,
R. I.
Khaibullin
,
A.
Westphalen
,
L. R.
Tagirov
,
B.
Aktas
, and
H.
Zabel
,
J. Magn. Magn. Mater.
300
,
e4
(
2006
).
6.
T.
Tietze
,
P.
Audehm
,
Y. C.
Chen
,
G.
Shutz
,
B. B.
Straumal
,
S. G.
Protasova
,
A. A.
Mazilkin
,
P. B.
Straumal
,
T.
Prokscha
,
H.
Luetkens
,
Z.
Salman
,
A.
Suter
,
B.
Baretzky
,
K.
Fink
,
W.
Wenzel
,
D.
Danilov
, and
E.
Goering
,
Sci. Rep.
5
,
8871
(
2015
).
7.
J. M. D.
Coey
,
P.
Stamenov
,
R. D.
Gunning
,
M.
Venkatesan
, and
K.
Paul
,
New J. Phys.
12
,
053025
(
2010
).
8.
Y. B.
Nian
,
J.
Strozier
,
N. J.
Wu
,
X.
Chen
, and
A.
Ignatiev
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
146403
(
2007
).
9.
J. F.
Ziegler
,
M. D.
Ziegler
, and
J. P.
Biersack
,
Nucl. Inst. Methods Phys. Res. B
268
,
1818
(
2010
).
10.

The ion energies of 190 keV, 100 keV, 70 keV, 50 keV, and 30 keV applied sequentially, while the ion fluences of 42 × 1015 at./cm3, 11.5 × 1015 at./cm3, 3.75 × 1015 at./cm3, 4.75 × 1015 at./cm3, and 3.75 × 1015 at./cm3 have been employed from the highest energy to the lowest, respectively.

11.
O.
Yildirim
,
S.
Cornelius
,
A.
Smekhova
,
G.
Zukov
,
E. A.
Ganshina
,
A.
Granovsky
,
R.
Huebner
,
C.
Baehtz
, and
K.
Potzger
,
J. Appl. Phys.
117
,
183901
(
2015
).
12.
N.
Akdogan
,
A.
Nefedov
,
K.
Westerholt
,
H.
Zabel
,
H.-W.
Becker
,
C.
Somsen
,
R. I.
Khaibullin
, and
L. R.
Tagirov
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
41
,
165001
(
2008
).
13.
W.
Anwand
,
G.
Brauer
,
M.
Butterling
,
H. R.
Kissener
, and
A.
Wagner
,
Defect Diffus. Forum
331
,
25
(
2012
).
14.
M. P.
Petkov
,
M. H.
Weber
,
K.
Lynn
,
K. P.
Rodbell
, and
S. A.
Cohen
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
2146
(
1999
).
15.
Y.
Furubayashi
,
T.
Hitosugi
,
Y.
Yamamoto
,
K.
Inaba
,
G.
Kinoda
,
Y.
Hirose
,
T.
Shimada
, and
T.
Hasegawa
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
252101
(
2005
).
16.
K.-W.
Nam
,
M. G.
Kim
, and
K.-B.
Kim
,
J. Phys. Chem. C
111
,
749
(
2007
).
17.
M.
Valant
,
T.
Kolodiazhnyi
,
I.
Arcon
,
F.
Aguesse
,
A.-K.
Axelsson
, and
N. M.
Alford
,
Adv. Funct. Mater.
22
,
2114
(
2012
).
18.
L.
Zhang
,
J.
Li
,
Y.
Du
,
J.
Wang
,
X.
Wei
,
J.
Zhou
,
J.
Cheng
,
W.
Chu
,
Z.
Jiang
,
Y.
Huang
,
C.
Yan
,
S.
Zahng
, and
Z.
Wu
,
New J. Phys.
14
,
013033
(
2012
).
19.
S. W.
Chen
,
P. A.
Lin
,
H. T.
Jeng
,
S. W.
Fu
,
J. M.
Lee
,
J. F.
Lee
,
C. W.
Pao
,
H.
Ishii
,
K. D.
Tsuei
,
N.
Hiraoka
,
D. P.
Chen
,
S. X.
Dou
,
X. L.
Wang
,
K. T.
Lu
, and
J. M.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
082104
(
2014
).
20.
G.
Vlaic
,
J. C. J.
Bart
,
W.
Cavigiolo
,
S.
Mobilio
, and
G.
Navarra
,
Z. Naturforsch.
86a
,
1192
(
1981
), available at http://zfn.mpdl.mpg.de/data/Reihe_A/36/ZNA-1981-36a-1192.pdf.
21.
T.
Nedoseykina
,
M. G.
Kim
,
S.-A.
Park
,
H.-S.
Kim
,
S.-B.
Kim
,
J.
Cho
, and
Y.
Lee
,
Electrochem. Acta
55
,
8876
(
2010
).
22.
D. P.
Shoemke
,
M.
Grossman
, and
R.
Seshadri
,
J. Phys.: Condens. Matter
20
,
195219
(
2008
).
23.
Z.
Ge
,
W. L.
Lim
,
S.
Shen
,
Y. Y.
Zhou
,
X.
Liu
,
J. K.
Furdyna
, and
M.
Dobrowolska
,
Phys. Rev. B
75
,
014407
(
2007
).
24.
T. S.
Krasienapibal
,
S.
Inoue
,
T.
Fukumura
, and
T.
Hasegawa
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
202402
(
2015
).
25.
J. S.
Higgins
,
S. R.
Shinde
,
S. B.
Ogale
,
T.
Venkatesan
, and
R. L.
Greene
,
Phys. Rev. B
69
,
073201
(
2004
).
26.
D.
Menzel
,
I.
Jursic
,
J.
Schoenes
,
F.
Iacomi
, and
D.
Cacaina
,
Phys. Status Solidi C
3
,
4119
(
2006
).
27.
P.
Esquinazi
,
W.
Hergert
,
D.
Spemann
,
A.
Setzer
, and
A.
Ernst
,
IEEE Trans. Magn.
49
(
8
),
4668
(
2013
).
28.
A.
Kaminski
and
S.
DasSarma
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
247202
(
2002
).
29.
H.
Chou
,
C. P.
Lin
,
J. C. A.
Huang
, and
H. S.
Hsu
,
Phys. Rev. B
77
,
245210
(
2008
).
You do not currently have access to this content.