Mn5Ge3 thin films have been demonstrated as promising spin-injector materials for germanium-based spintronic devices. So far, Mn5Ge3 has been grown epitaxially only on Ge (111) substrates. In this letter, we present the growth of epitaxial Mn5Ge3 films on Ge (100) substrates. The Mn5Ge3 film is synthetized via sub-second solid-state reaction between Mn and Ge upon flash lamp annealing for 20 ms at the ambient pressure. The single crystalline Mn5Ge3 is ferromagnetic with a Curie temperature of 283 K. Both the c-axis of hexagonal Mn5Ge3 and the magnetic easy axis are parallel to the Ge (100) surface. The millisecond-range flash epitaxy provides a new avenue for the fabrication of Ge-based spin-injectors fully compatible with CMOS technology.
References
1.
S. A.
Wolf
, D. D.
Awschalom
, R. A.
Buhrman
, J. M.
Daughton
, S.
von Molnar
, M. L.
Roukes
, A. Y.
Chtchelkanova
, and D. M.
Treger
, Science
294
, 1488
(2001
).2.
D. D.
Awschalom
and M. E.
Flatte
, Nat. Phys.
3
, 153
(2007
).3.
J.
Sinova
and I.
Zutic
, Nat. Mater.
11
, 368
(2012
).4.
5.
S. S. P.
Parkin
, C.
Kaiser
, A.
Panchula
, P. M.
Rice
, B.
Hughes
, M.
Samant
, and S. H.
Yang
, Nat. Mater.
3
, 862
(2004
).6.
P.
Sharma
, Science
307
, 531
(2005
).7.
Y.
Ohno
, D. K.
Young
, B.
Beschoten
, F.
Matsukura
, H.
Ohno
, and D. D.
Awschalom
, Nature
402
, 790
(1999
).8.
F. J.
Jedema
, A. T.
Filip
, and B. J.
van Wees
, Nature
410
, 345
(2001
).9.
M.
Cinchetti
, K.
Heimer
, J. P.
Wustenberg
, O.
Andreyev
, M.
Bauer
, S.
Lach
, C.
Ziegler
, Y. L.
Gao
, and M.
Aeschlimann
, Nat. Mater.
8
, 115
(2009
).10.
G.
Kioseoglou
, A. T.
Hanbicki
, J. M.
Sullivan
, O. M. J.
vant Erve
, C. H.
Li
, S. C.
Erwin
, R.
Mallory
, M.
Yasar
, A.
Petrou
, and B. T.
Jonker
, Nat. Mater.
3
, 799
(2004
).11.
R. P.
Panguluri
, C. G.
Zeng
, H. H.
Weitering
, J. M.
Sullivan
, S. C.
Erwin
, and B.
Nadgorny
, Phys. Status Solidi B
242
, R67
(2005
).12.
S.
Picozzi
, A.
Continenza
, and A. J.
Freeman
, Phys. Rev. B
70
, 235205
(2004
).13.
S.
Olive-Mendez
, A.
Spiesser
, L. A.
Michez
, V.
Le Thanh
, A.
Glachant
, J.
Derrien
, T.
Devillers
, A.
Barski
, and M.
Jamet
, Thin Solid Films
517
, 191
(2008
).14.
J. S.
Tang
, C. Y.
Wang
, L. T.
Chang
, Y. B.
Fan
, T. X.
Nie
, M.
Chan
, W. J.
Jiang
, Y. T.
Chen
, H. J.
Yang
, H. Y.
Tuan
, L. J.
Chen
, and K. L.
Wang
, Nano Lett.
13
, 4036
(2013
).15.
V.
Le Thanh
, A.
Spiesser
, M. T.
Dau
, S. F.
Olive-Mendez
, L. A.
Michez
, and M.
Petit
, Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol.
4
, 043002
(2013
).16.
S.
Bechler
, M.
Kern
, H. S.
Funk
, G.
Colston
, I. A.
Fischer
, D.
Weisshaupt
, M.
Myronov
, J.
Slageren
, and J.
Schulze
, Semicond. Sci. Technol.
33
, 095008
(2018
).17.
C.
Bihler
, C.
Jaeger
, T.
Vallaitis
, M.
Gjukic
, M. S.
Brandt
, E.
Pippel
, J.
Woltersdorf
, and U.
Gosele
, Appl. Phys. Lett.
88
, 112506
(2006
).18.
R. T.
Lechner
, V.
Holy
, S.
Ahlers
, D.
Bougeard
, J.
Stangl
, A.
Trampert
, A.
Navarro-Quezada
, and G.
Bauer
, Appl. Phys. Lett.
95
, 023102
(2009
).19.
F.
Xiu
, Y.
Wang
, K.
Wong
, Y.
Zhou
, X.
Kou
, J.
Zou
, and K. L.
Wang
, Nanotechnology
21
, 255602
(2010
).20.
M.
Passacantando
, L.
Ottaviano
, F.
D'Orazio
, F.
Lucari
, M.
De Biase
, G.
Impellizzeri
, and F.
Priolo
, Phys. Rev. B
73
, 195207
(2006
).21.
S.
Zhou
, A.
Shalimov
, K.
Potzger
, N. M.
Jeutter
, C.
Baehtz
, M.
Helm
, J.
Fassbender
, and H.
Schmidt
, Appl. Phys. Lett.
95
, 192505
(2009
).22.
S.
Yada
, R.
Okazaki
, S.
Ohya
, and M.
Tanaka
, Appl. Phys. Express
3
, 123002
(2010
).23.
C. G.
Zeng
, S. C.
Erwin
, L. C.
Feldman
, A. P.
Li
, R.
Jin
, Y.
Song
, J. R.
Thompson
, and H. H.
Weitering
, Appl. Phys. Lett.
83
, 5002
(2003
).24.
T.
Miyoshi
, T.
Matsui
, H.
Tsuda
, H.
Mabuchi
, and K.
Morii
, J. Appl. Phys.
85
, 5372
(1999
).25.
E.
Assaf
, A.
Portavoce
, K.
Hoummada
, M.
Bertoglio
, and S.
Bertaina
, Appl. Phys. Lett.
110
, 072408
(2017
).26.
C. G.
Zeng
, W. G.
Zhu
, S. C.
Erwin
, Z. Y.
Zhang
, and H. H.
Weitering
, Phys. Rev. B
70
, 205340
(2004
).27.
A.
Sellai
, A.
Mesli
, M.
Petit
, V.
Le Thanh
, D.
Taylor
, and M.
Henini
, Semicond. Sci. Technol.
27
, 035014
(2012
).28.
H.
Kim
, G. E.
Jung
, J. H.
Lim
, K. H.
Chung
, S. J.
Kahng
, W. J.
Son
, and S.
Han
, Nanotechnology
19
, 025707
(2008
).29.
S. F. O.
Mendez
, L. A.
Michez
, A.
Spiesser
, and V.
LeThanh
, Phys. Status Solidi B
252
, 1854
(2015
).30.
S.
Tardif
, V.
Favre-Nicolin
, F.
Lancon
, E.
Arras
, M.
Jamet
, A.
Barski
, C.
Porret
, P.
Bayle-Guillemaud
, P.
Pochet
, T.
Devillers
, and M.
Rovezzi
, Phys. Rev. B
82
, 104101
(2010
).31.
T.
Nishimura
, O.
Nakatsuka
, S.
Akimoto
, W.
Takeuchi
, and S.
Zaima
, Microelectron. Eng.
88
, 605
(2011
).32.
A.
Spiesser
, F.
Virot
, L. A.
Michez
, R.
Hayn
, S.
Bertaina
, L.
Favre
, M.
Petit
, and V.
Le Thanh
, Phys. Rev. B
86
, 035211
(2012
).33.
International Centre for Diffraction Data Powder Diffraction File card 04-004-4927.
34.
A.
Truong
, A. O.
Watanabe
, P. A.
Mortemousque
, K.
Ando
, T.
Sato
, T.
Taniyama
, and K. M.
Itoh
, Phys. Rev. B
91
, 214425
(2015
).35.
Y.
Tawara
and K.
Sato
, J. Phys. Soc. Jpn.
18
, 773
(1963
).36.
C. G.
Zeng
, Y. G.
Yao
, Q.
Niu
, and H. H.
Weitering
, Phys. Rev. Lett.
96
, 037204
(2006
).37.
M. E.
Fisher
, Rev. Mod. Phys.
46
, 597
–616
(1974
).38.
N.
Nagaosa
, J.
Sinova
, S.
Onoda
, A. H.
MacDonald
, and N. P.
Ong
, Rev. Mod. Phys.
82
, 1539
(2010
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.