We present the structural and magnetic properties of fully epitaxial Fe(110)/MgO(111)/GaN(0001) tunnel barrier structures grown by molecular beam epitaxy. In-situ reflection high-energy electron diffraction and ex-situ X-ray diffraction measurements indicate epitaxial Fe(110) films on top of an epitaxial 2 nm MgO(111) tunnel barrier on GaN(0001). X-ray reflectivity measurements confirm a roughness of approximately 0.3 nm and 0.7 nm for the MgO/GaN and the Fe/MgO interfaces, respectively. Results of in-situ magneto-optical Kerr effect measurements indicate that 1 nm thick Fe film shows signs of in-plane ferromagnetism at room temperature. Vibrating sample magnetometer measurements determine the saturation magnetisation of the 5 nm thick film to be 1660 ± 100 emu/cm3 and show that this system has a predominant uniaxial anisotropy contribution despite the presence of cyclic twinned crystals. We estimate the values of effective uniaxial (KUeff) and cubic (K1eff) anisotropy constants to be 11700 ± 170 erg cm−3 and −3300 ± 700 erg cm−3 by fitting the angular dependence of the magnetising energy.

1.
W. H.
Butler
,
X.-G.
Zhang
,
T. C.
Schulthess
, and
J. M.
MacLaren
,
Phys. Rev. B
63
,
054416
(
2001
).
2.
J.
Mathon
and
A.
Umerski
,
Phys. Rev. B
63
,
220403
(
2001
).
3.
G.
Wastlbauer
and
J. A. C.
Bland
,
Adv. Phys.
54
,
137
(
2005
).
4.
J.-B.
Laloë
,
F.
Van Belle
,
A.
Ionescu
,
C. A. F.
Vaz
,
M.
Tselepi
,
G.
Wastlbauer
,
R. M.
Dalgliesh
,
S.
Langridge
, and
J. A. C.
Bland
,
IEEE Trans. Magn.
42
,
2933
(
2006
).
5.
S.
Datta
and
B.
Das
,
Appl. Phys. Lett.
56
,
665
(
1990
).
6.
F. G.
Monzon
,
M.
Johnson
, and
M. L.
Roukes
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
3087
(
1997
).
7.
G.
Schmidt
,
D.
Ferrand
,
L. W.
Mollenkamp
,
A. T.
Filip
, and
B. J.
van Wees
,
Phys. Rev. B
62
,
R4790
(
2000
).
8.
E. I.
Rashba
,
Phys. Rev. B
62
,
R16267(R)
(
2000
).
9.
X.
Jiang
,
R.
Wang
,
R. M.
Shelby
,
R. M.
Macfarlane
,
S. R.
Bank
,
J. S.
Harris
, and
S. S. P.
Parkin
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
056601
(
2005
).
10.
A.
Spiesser
,
S.
Sharma
,
H.
Saito
,
R.
Jansen
,
S.
Yuasa
, and
K.
Ando
,
Proc. SPIE
8461
,
84610K
(
2012
).
11.
J.-B.
Laloë
,
A.
Ionescu
,
S.
Easton
,
N.-J.
Steinke
,
T. J.
Hayward
,
H.
Kurebayashi
,
J. A. C.
Bland
,
T. R.
Charlton
,
R. M.
Dalgliesh
, and
S.
Langridge
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
012505
(
2008
).
12.
J.-B.
Laloë
,
A.
Ionescu
,
T. J.
Hayward
,
J.
Llandro
,
J. A. C.
Bland
, and
M. E.
Vickers
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
082505
(
2008
).
13.
C.
Gao
,
O.
Brandt
,
H.-P.
Schönherr
,
U.
Jahn
,
J.
Herfort
, and
B.
Jenichen
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
111906
(
2009
).
14.
O.
Ambacher
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
31
,
2653
(
1998
).
15.
J.-Y.
Kim
, Ph. D. thesis,
University of Cambridge
,
2014
.
16.
B.
Beschoten
,
E.
Johnston-Halperin
,
D. K.
Young
,
M.
Poggio
,
J. E.
Grimaldi
,
S.
Keller
,
S. P.
DenBaars
,
U. K.
Mishra
,
E. L.
Hu
, and
D. D.
Awschalom
,
Phys. Rev. B
63
,
121202
(
2001
).
17.
S.
Krishnamurthy
,
M.
van Schilfgaarde
, and
N.
Newman
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
1761
(
2003
).
18.
M. D.
Losego
,
H.
Spalding Craft
,
E. A.
Paisley
,
S.
Mita
,
R.
Collazo
,
Z.
Sitar
, and
J.-P.
Maria
,
J. Mater. Res.
25
,
670
(
2010
).
19.
H. S.
Craft
,
J. F.
Ihlefeld
,
M. D.
Losego
,
R.
Collazo
,
Z.
Sitar
, and
J.-P.
Maria
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
212906
(
2006
).
20.
D. J.
Keavney
,
E. E.
Fullerton
, and
S. D.
Bader
,
J. Appl. Phys.
81
,
795
(
1997
).
21.
W.
Wulfhekel
,
M.
Klaua
,
D.
Ullmann
,
F.
Zavaliche
,
J.
Kirschner
,
R.
Urban
,
T.
Monchesky
, and
B.
Heinrich
,
Appl. Phys. Lett. B
78
,
509
(
2001
).
22.
J. O.
Hauch
,
M.
Fonin
,
M.
Fraune
,
P.
Turban
,
R.
Guerrero
,
F. G.
Aliev
,
J.
Mayer
,
U.
Rüdiger
, and
G.
Güntherodt
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
083512
(
2008
).
23.
V. K.
Lazarov
,
S. H.
Cheung
,
S. A.
Chambers
,
M.
Gajdardziska-Josifovska
, and
A.
Kohn
,
Microsc. Microanal.
13
,
1044
(
2007
).
24.
C.
Gao
,
H.-P.
Schönherr
, and
O.
Brandt
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
031906
(
2010
).
25.
C.
Gao
,
O.
Brandt
,
S. C.
Erwin
,
J.
Lähnemann
,
U.
Jahn
,
B.
Jenichen
, and
H.-P.
Schönherr
,
Phys. Rev. B
82
,
125415
(
2010
).
26.
J.-Y.
Kim
,
A.
Ionescu
,
R.
Mansell
,
I.
Farrer
,
F.
Oehler
,
C. J.
Kinane
,
J. F. K.
Cooper
,
N.-J.
Steinke
,
S.
Langridge
,
R.
Stankiewicz
,
C. J.
Humphreys
,
R. P.
Cowburn
, and
S. N.
Holmes
,
J. Appl. Phys.
121
,
043904
(
2017
).
27.
P. K. J.
Wong
,
W.
Zhang
,
X.
Cui
,
I.
Will
,
Y.
Xu
,
Z.
Tao
,
X.
Li
,
Z.
Xie
, and
R.
Zhang
,
Phys. Status Solidi A
208
,
2348
(
2011
).
28.
G.
Bayreuther
,
J.
Premper
,
M.
Sperl
, and
D.
Sander
,
Phys. Rev. B
86
,
054418
(
2012
).
29.
C.
Gao
,
C.
Dong
,
C.
Jia
,
D.
Xue
,
J.
Herfort
, and
O.
Brandt
,
Phys. Rev. B
92
,
094404
(
2015
).
You do not currently have access to this content.