We report on a comprehensive experimental, numerical, and computational investigation on the concentration dependence of the structural/magnetic properties of Co–Rh alloy films. A sizable perpendicular magnetic anisotropy is achieved by controlling the lattice strain via the Co content. Within the 30–40% range of Co concentrations, an experimental effective magnetic anisotropy on the order of 100 kJ/m3 and a computational uniaxial magnetic anisotropy energy of 567 μeV/atom have been observed. First-principles calculations revealed that the lattice strain promotes a strong d-orbital degeneracy near the Fermi level for 40% of Co concentration, leading to an enhanced magnetic anisotropy energy.
References
1.
S.
Ikeda
, K.
Miura
, H.
Yamamoto
, K.
Mizunuma
, H.
Gan
, M.
Endo
, S.
Kanai
, J.
Hayakawa
, F.
Matsukura
, and H.
Ohno
, Nat. Mater.
9
, 721
(2010
).2.
S.
Emori
, U.
Bauer
, S.-M.
Ahn
, E.
Martinez
, and G. S.
Beach
, Nat. Mater.
12
, 611
(2013
).3.
P.
Li
, T.
Liu
, H.
Chang
, A.
Kalitsov
, W.
Zhang
, G.
Csaba
, W.
Li
, D.
Richardson
, A.
DeMann
, G.
Rimal
et al, Nat. Commun.
7
, 12688
(2016
).4.
A.
Manchon
, J.
Železnỳ
, I. M.
Miron
, T.
Jungwirth
, J.
Sinova
, A.
Thiaville
, K.
Garello
, and P.
Gambardella
, Rev. Mod. Phys.
91
, 035004
(2019
).5.
S.
Goel
, S.
Ohya
, and M.
Tanaka
, Phys. Rev. B
99
, 014431
(2019
).6.
D.
Odkhuu
, T.
Tsevelmaa
, D.
Sangaa
, N.
Tsogbadrakh
, S.
Rhim
, and S.
Hong
, Phys. Rev. B
98
, 094408
(2018
).7.
C.
Deger
, I.
Yavuz
, and F.
Yildiz
, Sci. Rep.
9
, 3513
(2019
).8.
S.
Mu
and K.
Belashchenko
, Phys. Rev. Mater.
3
, 034405
(2019
).9.
X.
Bai
, J.
Lv
, F.-Q.
Zhang
, J.-F.
Jia
, and H.-S.
Wu
, J. Magn. Magn. Mater.
451
, 360
(2018
).10.
F.
Aryasetiawan
and K.
Karlsson
, J. Phys. Chem. Solids
128
, 87
–108
(2019
).11.
A.
Koga
, S.
Nakauchi
, and J.
Nasu
, Physica B
536
, 369
(2018
).12.
S.
Baumann
, F.
Donati
, S.
Stepanow
, S.
Rusponi
, W.
Paul
, S.
Gangopadhyay
, I.
Rau
, G.
Pacchioni
, L.
Gragnaniello
, M.
Pivetta
et al, Phys. Rev. Lett.
115
, 237202
(2015
).13.
F.
Yildiz
, F.
Luo
, C.
Tieg
, R.
Abrudan
, X.
Fu
, A.
Winkelmann
, M.
Przybylski
, and J.
Kirschner
, Phys. Rev. Lett.
100
, 037205
(2008
).14.
P.
Carcia
, A.
Meinhaldt
, and A.
Suna
, Appl. Phys. Lett.
47
, 178
(1985
).15.
P.
Carcia
, J. Appl. Phys.
63
, 5066
(1988
).16.
J.
Thiele
, C.
Boeglin
, K.
Hricovini
, and F.
Chevrier
, Phys. Rev. B
53
, R11934
(1996
).17.
F.
Yildiz
, M.
Przybylski
, and J.
Kirschner
, J. Appl. Phys.
105
, 07E129
(2009
).18.
F.
Yildiz
, M.
Przybylski
, X.-D.
Ma
, and J.
Kirschner
, Phys. Rev. B
80
, 064415
(2009
).19.
J.-S.
Kang
, S.
Kwon
, and B.
Min
, J. Magn. Magn. Mater
177–181
, 1033
(1998
).20.
M.
Maret
, A.
Maier
, F.
Treubel
, B.
Riedlinger
, M.
Albrecht
, E.
Beaurepaire
, and G.
Schatz
, J. Magn. Magn. Mater.
242–245
, 420
(2002
).21.
C.-Y.
Tsai
, P.
Saravanan
, J.-H.
Hsu
, C.-Y.
Kuo
, and K.-F.
Lin
, J. Magn. Magn. Mater.
361
, 7
(2014
).22.
J.
Ko
, J.
Son
, S.
Lee
, S.
Kim
, and J.
Hong
, Thin Solid Films
519
, 8252
(2011
).23.
F.
Yuan
, H.
Chang
, P.
Lee
, C.
Chang
, C.
Chi
, and H.
Ouyang
, J. Alloys Compd.
628
, 263
(2015
).24.
Y.-S.
Chen
, H.-Y.
Dai
, Y.-W.
Hsu
, S.-L.
Ou
, S.-W.
Chen
, H.-C.
Lu
, S.-F.
Wang
, and A.-C.
Sun
, J. Magn. Magn. Mater.
425
, 57
(2017
).25.
K.
Wang
, Z.
Xu
, F.
Ling
, Y.
Wang
, and S.
Dong
, Appl. Surf. Sci.
435
, 1125
(2018
).26.
K.
Kobayashi
and G.
Ishida
, J. Appl. Phys.
52
, 2453
(1981
).27.
D.
Weller
, H.
Brändle
, G.
Gorman
, C.-J.
Lin
, and H.
Notarys
, Appl. Phys. Lett.
61
, 2726
(1992
).28.
S.
Mizukami
, D.
Watanabe
, T.
Kubota
, X.
Zhang
, H.
Naganuma
, M.
Oogane
, Y.
Ando
, and T.
Miyazaki
, Appl. Phys. Express
3
, 123001
(2010
).29.
C.
Brombacher
, H.
Schletter
, M.
Daniel
, P.
Matthes
, N.
Jöhrmann
, M.
Maret
, D.
Makarov
, M.
Hietschold
, and M.
Albrecht
, J. Appl. Phys.
112
, 073912
(2012
).30.
T.
Burkert
, L.
Nordström
, O.
Eriksson
, and O.
Heinonen
, Phys. Rev. Lett.
93
, 027203
(2004
).31.
G.
Andersson
, T.
Burkert
, P.
Warnicke
, M.
Björck
, B.
Sanyal
, C.
Chacon
, C.
Zlotea
, L.
Nordström
, P.
Nordblad
, and O.
Eriksson
, Phys. Rev. Lett.
96
, 037205
(2006
).32.
H.
Meyerheim
, J.-M.
Tonnerre
, L.
Sandratskii
, H.
Tolentino
, M.
Przybylski
, Y.
Gabi
, F.
Yildiz
, X.
Fu
, E.
Bontempi
, S.
Grenier
et al, Phys. Rev. Lett.
103
, 267202
(2009
).33.
A. L.
Wysocki
, M. C.
Nguyen
, C.-Z.
Wang
, K.-M.
Ho
, A. V.
Postnikov
, and V. P.
Antropov
, Phys. Rev. B
100
, 104429
(2019
).34.
A.
Ünal
, A.
Parabas
, A.
Arora
, J.
Ehrler
, C.
Barton
, S.
Valencia
, R.
Bali
, T.
Thomson
, F.
Yildiz
, and F.
Kronast
, Ultramicroscopy
183
, 104
(2017
).35.
J.
Osten
, K.
Lenz
, H.
Schultheiss
, J.
Lindner
, J.
McCord
, and J.
Fassbender
, Phys. Rev. B
97
, 014415
(2018
).36.
C.
Davut
, C.
Deger
, and F.
Yildiz
, Meas. Sci. Technol.
31
, 015104
(2020
).37.
F.
Hellman
, A.
Hoffmann
, Y.
Tserkovnyak
, G. S.
Beach
, E. E.
Fullerton
, C.
Leighton
, A. H.
MacDonald
, D. C.
Ralph
, D. A.
Arena
, H. A.
Dürr
et al, Rev. Mod. Phys.
89
, 025006
(2017
).38.
A.
Lehnert
, S.
Dennler
, P.
Błoński
, S.
Rusponi
, M.
Etzkorn
, G.
Moulas
, P.
Bencok
, P.
Gambardella
, H.
Brune
, and J.
Hafner
, Phys. Rev. B
82
, 094409
(2010
).39.
S.
Oikawa
, A.
Shibata
, S.
Iwata
, and S.
Tsunashima
, J. Magn. Magn. Mater.
177–181
, 1273
(1998
).40.
H.
Tokano
, H.
Yanagihara
, and E.
Kita
, J. Phys.: Condens. Matter.
97
, 016103
(2005
).41.
M.
Munoz-Navia
, J.
Dorantes-Dávila
, and G.
Pastor
, J. Phys.: Condens. Matter
16
, S2251
(2004
).42.
Z.
Chen
, J.
Hillairet
, V.
Turq
, Y.
Song
, R.
Laloo
, K.
Vulliez
, J. M.
Bernard
, Q. X.
Yang
, C.
Hernandez
, L.
Ferreira
et al, Vacuum
154
, 227
(2018
).43.
M.
Tomaz
, E.
Mayo
, D.
Lederman
, E.
Hallin
, T.
Sham
, W.
O'Brien
, and G.
Harp
, Phys. Rev. B
58
, 11493
(1998
).44.
G.
Van Cuong
, N.
Anh Tuan
, N.
Tuan Anh
, D.
Van Tuong
, N.
Anh Tue
, N.
Tuyet Nga
, and D.
Phuong Lien
, J. Mater.
2015
, 834267
.45.
S.
Ansari
, R.
Bhor
, K.
Pai
, D.
Sen
, S.
Mazumder
, K.
Ghosh
, Y.
Kolekar
, and C.
Ramana
, Appl. Surf. Sci.
414
, 171
(2017
).46.
C.
Kittel
, Phys. Rev.
73
, 155
(1948
).47.
E. G.
Polat
, C.
Deger
, and F.
Yildiz
, Curr. Appl. Phys.
19
, 614
(2019
).48.
H.
Akamatsu
, Y.
Kumagai
, F.
Oba
, K.
Fujita
, H.
Murakami
, K.
Tanaka
, and I.
Tanaka
, Phys. Rev. B
83
, 214421
(2011
).49.
A.
Edström
, Phys. Rev. B
96
, 064422
(2017
).50.
L.
Ke
and M.
van Schilfgaarde
, Phys. Rev. B
92
, 014423
(2015
).© 2020 Author(s).
2020
Author(s)
You do not currently have access to this content.
