We prepared κ-Al2O3-type structured AlxFe2-xO3 films in the range of x = 0 – 1.70 deposited on SrTiO3(111) substrates and investigated their crystal structures and magnetic properties. All films could be stabilized in the κ-Al2O3-type orthorhombic phase, and the lattice parameters were found to be monotonically decreased with an increase in the Al content. Néel temperature of AlxFe2-xO3 films was found to decrease with an increase in Al content, until the Al1.70Fe0.30O3 film showed paramagnetic behavior. On the other hand, saturation magnetization showed a maximum 0.79 μB/Fe at 10 K in the Al0.91Fe1.09O3 film, manifesting the preferential occupation of Al in the tetrahedral site. Cross sectional TEM observation has revealed the columnar growth of AlxFe2-xO3 films with an average width of ∼10 nm on the bottom layer that may have a similar cation arrangement with a bixbyite-type structure.
References
1.
G.
Bate
and J.
Magn
, Magn. Mater.
100
, 413
(1991
).2.
N.
Pailhé
, A.
Wattiaux
, M.
Gaudon
, and A.
Demourgues
, J. Solid State Chem.
181
, 2697
(2008
).3.
A.
Kleiman-Shwarsctein
, Y. S.
Hu
, A. J.
Forman
, G. D.
Stucky
, and E. W.
McFarland
, J. Phys. Chem. C
112
, 15900
(2008
).4.
S. S.
Shinde
, R. A.
Bansode
, C. H.
Bhosale
, and K. Y.
Rajpure
, J. Semicond.
32
, 13001
(2011
).5.
M.
Liong
, J.
Lu
, M.
Kovochich
, T.
Xia
, S. G.
Ruehm
, A. E.
Nel
, F.
Tamanoi
, and J. I.
Zink
, ACS Nano
2
, 889
(2008
).6.
S.
Cao
, Y.
Zhu
, M.
Ma
, L.
Li
, and L.
Zhang
, J. Phys. Chem. C
112
, 1851
(2008
).7.
L.
Machala
, J.
Tuček
, and R.
Zbořil
, Chem. Mater.
23
, 3255
(2011
).8.
S.
Lee
and H.
Xu
, J. Phys. Chem. C
120
, 13316
(2016
).9.
S.
Sakurai
, A.
Namai
, K.
Hashimoto
, and S.
Ohkoshi
, J. Am. Chem. Soc.
131
, 18299
(2009
).10.
J.
Jin
, S.
Ohkoshi
, and K.
Hashimoto
, Adv. Mater.
16
, 48
(2004
).11.
S.
Ohkoshi
and H.
Tokoro
, Bull. Chem. Soc. Jpn.
86
, 897
(2013
).12.
B.
Ollivier
, R.
Retoux
, P.
Lacorre
, D.
Massiot
, and G.
Férey
, J. Mater. Chem.
7
, 1049
(1997
).13.
R.
Roy
, V. G.
Hill
, and E. F.
Osborn
, J. Amer. Chem. Soc.
74
, 719
(1952
).14.
E. A.
Wood
, Acta Crystallogr.
13
, 682
(1960
).15.
F.
Bourree
, J. L.
Baudour
, E.
Elbadraoui
, J.
Musso
, C.
Laurent
, and A.
Rousset
, Acta Crystallogr. Sect. B Struct. Sci.
52
, 217
(1996
).16.
E.
Tronc
, C.
Chanéac
, and J. P.
Jolivet
, J. Solid State Chem.
139
, 93
(1998
).17.
M.
Gich
, J.
Gazquez
, A.
Roig
, A.
Crespi
, J.
Fontcuberta
, J. C.
Idrobo
, S. J.
Pennycook
, M.
Varela
, V.
Skumryev
, and M.
Varela
, Appl. Phys. Lett.
96
, 112508
(2010
).18.
M.
Gich
, I.
Fina
, A.
Morelli
, F.
Sánchez
, M.
Alexe
, J.
Gázquez
, J.
Fontcuberta
, and A.
Roig
, Adv. Mater.
26
, 4645
(2014
).19.
O. Y.
Gorbenko
, S. V.
Samoilenkov
, I. E.
Graboy
, and A. R.
Kaul
, Chem. Mater.
14
, 4026
(2002
).20.
Y.
Hamasaki
, T.
Shimizu
, H.
Taniguchi
, T.
Taniyama
, S.
Yasui
, and M.
Itoh
, Appl. Phys. Lett.
104
, 082906
(2014
).21.
Y.
Hamasaki
, T.
Shimizu
, S.
Yasui
, T.
Taniyama
, and M.
Itoh
, Appl. Phys. Lett.
109
, 162901
(2016
).22.
I.
Levin
and D.
Brandon
, J. Am. Ceram. Soc.
81
, 1995
(2005
).23.
R. R.
Dayal
, J. A.
Gard
, and F. P.
Glasser
, Acta Crystallogr.
18
, 574
(1965
).24.
M. I.
Pownceby
, K. K.
Constanti-Carey
, and M. J.
Fisher-White
, J. Am. Ceram. Soc.
86
, 975
(2003
).25.
A.
Namai
, S.
Sakurai
, M.
Nakajima
, T.
Suemoto
, K.
Matsumoto
, M.
Goto
, S.
Sasaki
, and S.
Ohkoshi
, J. Am. Chem. Soc.
131
, 1170
(2009
).26.
S.
Song
, H. M.
Jang
, N.
Lee
, J. Y.
Son
, R.
Gupta
, A.
Garg
, J.
Ratanapreechachai
, and J. F.
Scott
, NPG Asia Mater.
8
, e242
(2016
).27.
M.
Gich
, C.
Frontera
, A.
Roig
, E.
Taboada
, E.
Molins
, H. R.
Rechenberg
, J. D.
Ardisson
, W. A. A.
Macedo
, C.
Ritter
, V.
Hardy
, J.
Sort
, V.
Skumryev
, and J.
Nogués
, Chem. Mater.
18
, 3889
(2006
).28.
S.
Sakurai
, S.
Kuroki
, H.
Tokoro
, K.
Hashimoto
, and S.
Ohkoshi
, Adv. Funct. Mater.
17
, 2278
(2007
).29.
Y.
Hamasaki
, T.
Shimizu
, S.
Yasui
, T.
Taniyama
, O.
Sakata
, and M.
Itoh
, Cryst. Growth Des.
16
, 5214
(2016
).30.
S.
Ohkoshi
, A.
Namai
, and S.
Sakurai
, J. Phys. Chem. C
113
, 11235
(2009
).31.
A.
Namai
, M.
Yoshikiyo
, S.
Umeda
, T.
Yoshida
, T.
Miyazaki
, M.
Nakajima
, K.
Yamaguchi
, T.
Suemoto
, and S.
Ohkoshi
, J. Mater. Chem. C
1
, 5200
(2013
).32.
M.
Yoshikiyo
, A.
Namai
, M.
Nakajima
, K.
Yamaguchi
, T.
Suemoto
, and S.
Ohkoshi
, J. Appl. Phys.
115
, 172613
(2014
).33.
S.
Ohkoshi
, S.
Kuroki
, S.
Sakurai
, K.
Matsumoto
, K.
Sato
, and S.
Sasaki
, Angew. Chem. - Int. Ed.
46
, 8392
(2007
).34.
M. B.
Mohamed
, A.
Senyshyn
, H.
Ehrenberg
, and H.
Fuess
, J. Alloys Compd.
492
, L20
(2010
).35.
A.
Namai
, M.
Yoshikiyo
, K.
Yamada
, S.
Sakurai
, T.
Goto
, T.
Yoshida
, T.
Miyazaki
, M.
Nakajima
, T.
Suemoto
, H.
Tokoro
, and S.
Ohkoshi
, Nat. Commun.
3
, 1035
(2012
).© 2017 Author(s).
2017
Author(s)
You do not currently have access to this content.
