We have investigated the growth mechanism and surface structure of magnetite (Fe3O4) films grown on semiconducting ZnO substrates. Growth proceeds in a wetting layer plus island-mode and a later coalescence of islands, as was verified by electron diffraction, topography measurements of the surface, and the investigation of the microstructure. The typical (111) surface diffraction pattern magnetite is observed already at the early island growth stage. Due to the island-like growth mode, domain boundaries form upon coalescence of the islands. Twin boundaries have been evidenced between neighboring domains. Island growth enables partial relaxation of the misfit strain.
REFERENCES
1.
A. M.
Haghiri-Gosnet
, T.
Arnal
, R.
Soulimane
, M.
Koubaa
, and J. P.
Renard
, Phys. Status Solidi A
201
, 1392
(2004
).2.
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
).3.
S.
Datta
and B.
Das
, Appl. Phys. Lett.
56
, 665
(1990
).4.
B. D.
Cullity
and C. D.
Graham
, Introduction to Magnetic Materials
, 2nd ed. (Wiley
, Hoboken
, 2009
).5.
A.
Yanase
and N.
Hamada
, J. Phys. Soc. Jpn.
68
, 1607
(1999
).6.
P. A.
Miles
, W. B.
Westphal
, and A. V.
Hippel
, Rev. Mod. Phys.
29
, 279
(1957
).7.
M. I.
Klinger
and A. A.
Samokhvalov
, Phys. Status Solidi B
79
, 9
(1977
).8.
G.
Schmidt
, D.
Ferrand
, L. W.
Molenkamp
, A. T.
Filip
, and B. J.
van Wees
, Phys. Rev. B
62
, R4790
(2000
).9.
I.
Pallecchi
, L.
Pellegrino
, N.
Banerjee
, M.
Cantoni
, A.
Gadaleta
, A. S.
Siri
, and D.
Marre
, Phys. Rev. B
81
, 165311
(2010
).10.
Y. X.
Lu
, J. S.
Claydon
, Y. B.
Xu
, S. M.
Thompson
, K.
Wilson
, and G.
van der Laan
, Phys. Rev. B
70
, 233304
(2004
).11.
Y. X.
Lu
, J. S.
Claydon
, E.
Ahmad
, Y. B.
Xu
, S. M.
Thompson
, K.
Wilson
, and G.
van der Laan
, IEEE Trans. Magn.
41
, 2008
(2005
).12.
Y. X.
Lu
, J. S.
Claydon
, E.
Ahmad
, Y. B.
Xu
, M.
Ali
, B. J.
Hickey
, S. M.
Thompson
, J. A. D.
Matthew
, and K.
Wilson
, J. Appl. Phys.
97
, 10C313
(2005
).13.
M.
Paul
, A.
Müller
, A.
Ruff
, B.
Schmid
, G.
Berner
, M.
Mertin
, M.
Sing
, and R.
Claessen
, Phys. Rev. B
79
, 233101
(2009
).14.
Y.
Li
, W.
Han
, A. G.
Swartz
, K.
Pi
, J. J. I.
Wong
, S.
Mack
, D. D.
Awschalom
, and R. K.
Kawakami
, Phys. Rev. Lett.
105
, 167203
(2010
).15.
C.
Boothman
, A. M.
Sánchez
, and S.
van Dijken
, J. Appl. Phys.
101
, 123903
(2007
).16.
E. J.
Preisler
, J.
Brooke
, N. C.
Oldham
, and T. C.
McGill
, J. Vac. Sci. Technol. B
21
, 1745
(2003
).17.
M.
Ferhat
and K.
Yoh
, Appl. Phys. Lett.
90
, 112501
(2007
).18.
P. K. J.
Wong
, W.
Zhang
, X. G.
Cui
, Y. B.
Xu
, J.
Wu
, Z. K.
Tao
, X.
Li
, R.
Xie
, Z. L.
Zhang
, and G.
van der Laan
, Phys. Rev. B
81
, 035419
(2010
).19.
A.
Nielsen
, A.
Brandlmaier
, M.
Althammer
, W.
Kaiser
, M.
Opel
, J.
Simon
, W.
Mader
, S. T. B.
Goennenwein
, and R.
Gross
, Appl. Phys. Lett.
93
, 162510
(2008
).20.
M.
Paul
, D.
Kufer
, A.
Müller
, S.
Brück
, E.
Goering
, M.
Kamp
, J.
Verbeeck
, H.
Tian
, G. V.
Tendeloo
, N. J. C.
Ingle
, M.
Sing
, and R.
Claessen
, Appl. Phys. Lett.
98
, 012512
(2011
).21.
P.
Li
, L.
Guo
, and H. L.
Bai
, J. Appl. Phys.
109
, 013908
(2011
).22.
D. M.
Lind
, S. D.
Berry
, G.
Chern
, H.
Mathias
, and L. R.
Testardi
, Phys. Rev. B
45
, 1838
(1992
).23.
R. M.
Wolf
, A. E. M.
De Veirman
, P.
Van der Sluis
, P. J.
van der Zaag
, and J. B. F.
aan de Stegge
, MRS Proc.
341
, 23
(1994
).24.
P. J. H.
Bloemen
, P. A. A.
van der Heijden
, R. M.
Wolf
, J.
aan de Stegge
, J. T.
Kohlhepp
, A.
Reinders
, R. M.
Jungblut
, P. J.
van der Zaag
, and W. J. M.
de Jonge
, MRS Proc.
401
, 485
(1995
).25.
Y. J.
Kim
, Y.
Gao
, and S. A.
Chambers
, Surf. Sci.
371
, 358
(1997
).26.
F. C.
Voogt
, T.
Fujii
, P. J. M.
Smulders
, L.
Niesen
, M. A.
James
, and T.
Hibma
, Phys. Rev. B
60
, 11193
(1999
).27.
S. K.
Arora
, R. G. S.
Sofin
, I. V.
Shvets
, and M.
Luysberg
, J. Appl. Phys.
100
, 073908
(2006
).28.
W.
Weiss
and M.
Ritter
, Phys. Rev. B
59
, 5201
(1999
).29.
F.
Schedin
, P.
Morrall
, V. N.
Petrov
, S.
Case
, M. F.
Thomas
, E.
Dudzik
, G.
van der Laan
, and G.
Thornton
, J. Magn. Magn. Mater.
211
, 266
(2000
).30.
S. F.
Alvarado
, M.
Erbudak
, and P.
Munz
, Phys. Rev. B
14
, 2740
(1976
).31.
S. A.
Morton
, G. D.
Waddill
, S.
Kim
, I. K.
Schuller
, S. A.
Chambers
, and J. G.
Tobin
, Surf. Sci.
513
, L451
(2002
).32.
M.
Fonin
, R.
Pentcheva
, Y. S.
Dedkov
, M.
Sperlich
, D. V.
Vyalikh
, M.
Scheffler
, U.
Rüdiger
, and G.
Güntherodt
, Phys. Rev. B
72
, 104436
(2005
).33.
Y. S.
Dedkov
, U.
Rüdiger
, and G.
Güntherodt
, Phys. Rev. B
65
, 064417
(2002
).34.
A. M.
Bataille
, R.
Mattana
, P.
Seneor
, A.
Tagliaferri
, S.
Gota
, K.
Bouzehouane
, C.
Deranlot
, M. J.
Guittet
, J. B.
Moussy
, C.
de Nadai
, N. B.
Brookes
, F.
Petroff
, and M.
Gautier-Soyer
, J. Magn. Magn. Mater.
316
, E963
(2007
).35.
G.
Hu
and Y.
Suzuki
, Phys. Rev. Lett.
89
, 276601
(2002
).36.
T.
Kado
, Appl. Phys. Lett.
92
, 092502
(2008
).37.
M. E.
Fleet
, Acta Crystallogr.
37
, 917
(1981
).38.
C.
Klingshirn
, M.
Grundmann
, A.
Hoffmann
, B.
Meyer
, and A.
Waag
, Physik-Journal
5
(1), 33
(2006
).39.
H.
Morkoç
and U.
Özgür
, Zinc Oxide: Fundamentals, Materials and Device Technology
, 1st ed. (Wiley-VCH
, Weinheim
, 2009
).40.
S.
Ghosh
, V.
Sih
, W. H.
Lau
, D. D.
Awschalom
, S. Y.
Bae
, S.
Wang
, S.
Vaidya
, and G.
Chapline
, Appl. Phys. Lett.
86
, 232507
(2005
).41.
N. J. C.
Ingle
, A.
Yuskauskas
, R.
Wicks
, M.
Paul
, and S.
Leung
, J. Phys. D
43
, 133001
(2010
).42.
B. J.
Hopkins
, R.
Leysen
, and P. A.
Taylor
, Surf. Sci.
48
, 486
(1975
).43.
A.
Müller
, A.
Ruff
, M.
Paul
, A.
Wetscherek
, G.
Berner
, U.
Bauer
, C.
Praetorius
, K.
Fauth
, M.
Przybylski
, M.
Gorgoi
, M.
Sing
, and R.
Claessen
, “Fe3O4 on ZnO: A spectroscopic study of film and interface properties,” Thin Solid Films (in press, 2011)44.
A.
Fischer
, H.
Kühne
, and H.
Richter
, Phys. Rev. Lett.
73
, 2712
(1994
).45.
F.
Niu
, A. L.
Meier
, and B. W.
Wessels
, J. Vac. Sci. Technol. B
24
, 2586
(2006
).46.
J. M.
Van Hove
, P.
Pukite
, P. I.
Cohen
, and C. S.
Lent
, J. Vac. Sci. Technol. A
1
, 609
(1983
).47.
See www.liv.ac.uk/̃sdb/ImageSXM for information about Image SXM 1.89: Image Analysis Software.
48.
W.
Weiss
and W.
Ranke
, Prog. Surf. Sci.
70
, 1
(2002
).49.
Y.
Gao
, Y. J.
Kim
, S. A.
Chambers
, and G.
Bai
, J. Vac. Sci. Technol. A
15
, 332
(1997
).© 2011 American Institute of Physics.
2011
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
