We report a change in the structural and magnetic properties of epitaxial Mn5Ge3 on a Ge-on-Si (111) substrate by applying strain engineering through ms-range flash lamp annealing (FLA). X-ray diffraction results demonstrate that during FLA for 20 ms, the formation of nonmagnetic MnxGey secondary phases is suppressed, while the in-plane expansion of the lattice increases with increasing annealing temperature. Temperature-dependent magnetization results indicate that the Curie temperature of Mn5Ge3 rises from 287 K in the as-prepared sample to above 400 K after FLA, making Mn5Ge3 an attractive material for spintronics. Experimental results together with theoretical Monte Carlo simulations allow us to conclude that the expansion of the in-plane lattice causes the increase of the Curie temperature due to enhancement of the ferromagnetic interaction between Mn atoms.

1.
S.
Picozzi
,
A.
Continenza
, and
A. J.
Freeman
,
Phys. Rev. B
70
,
235205
(
2004
).
2.
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
).
3.
J.
Tang
,
C.-Y.
Wang
,
M.-H.
Hung
,
X.
Jiang
,
L.-T.
Chang
,
L.
He
,
P.-H.
Liu
,
H.-J.
Yang
,
H.-Y.
Tuan
,
L.-J.
Chen
, and
K. L.
Wang
,
ACS Nano
6
,
5710
(
2012
).
4.
R. P.
Panguluri
,
C.
Zeng
,
H. H.
Weitering
,
J. M.
Sullivan
,
S. C.
Erwin
, and
B.
Nadgorny
,
Phys. Status Solidi B
242
,
R67
(
2005
).
5.
A.
Truong
,
A. O.
Watanabe
,
P. A.
Mortemousque
,
K.
Ando
,
T.
Sato
,
T.
Taniyama
, and
K. M.
Itoh
,
Phys. Rev. B
91
,
214425
(
2015
).
6.
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
).
7.
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
).
8.
C.
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
).
9.
Y.
Xie
,
Y.
Yuan
,
M.
Wang
,
C.
Xu
,
R.
Hübner
,
J.
Grenzer
,
Y.-J.
Zeng
,
M.
Helm
,
S.
Zhou
, and
S.
Prucnal
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
222401
(
2018
).
10.
D. D.
Dung
,
D.
Odkhuu
,
L.
Vinh Thanh
,
S. H.
Cheol
, and
S.
Cho
,
J. Appl. Phys.
114
,
073906
(
2013
).
11.
P.
De Padova
,
J.-M.
Mariot
,
L.
Favre
,
I.
Berbezier
,
B.
Olivieri
,
P.
Perfetti
,
C.
Quaresima
,
C.
Ottaviani
,
A.
Taleb-Ibrahimi
,
P.
Le Fèvre
,
F.
Bertran
,
O.
Heckmann
,
M. C.
Richter
,
W.
Ndiaye
,
F. D.
Orazio
,
F.
Lucari
,
C. M.
Cacho
, and
K.
Hricovini
,
Surf. Sci.
605
,
638
(
2011
).
12.
T. Y.
Chen
,
C. L.
Chien
, and
C.
Petrovic
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
142505
(
2007
).
13.
W. M.
Reiff
,
K. S. V. L.
Narasimhan
, and
H.
Steinfink
,
J. Solid State Chem.
4
,
38
(
1972
).
14.
N.
Yamada
,
S.
Shibasaki
,
K.
Asai
,
Y.
Morii
, and
S.
Funahashi
,
Phys. B Condens. Matter
213–214
,
357
(
1995
).
15.
O.
Tegus
,
E.
Bruck
,
F. R.
de Boer
, and
K. H. J.
Buschow
,
J. Alloys Compd.
337
,
269
(
2002
).
16.
M.
Gajdzik
,
C.
Sürgers
,
M. T.
Kelemen
, and
H. V.
Löhneysen
,
J. Magn. Magn. Mater.
221
,
248
(
2000
).
17.
C.
Sürgers
,
K.
Potzger
,
T.
Strache
,
W.
Möller
,
G.
Fischer
,
N.
Joshi
, and
H. V.
Löhneysen
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
062503
(
2008
).
18.
C.
Sürgers
,
G.
Fischer
,
P.
Winkel
, and
H. V.
Löhneysen
,
Phys. Rev. B
90
,
104421
(
2014
).
19.
I.
Slipukhina
,
E.
Arras
,
P.
Mavropoulos
, and
P.
Pochet
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
192505
(
2009
).
20.
A.
Spiesser
,
I.
Slipukhina
,
M.-T.
Dau
,
E.
Arras
,
V. L.
Thanh
,
L. A.
Michez
,
P.
Pochet
,
H.
Saito
,
S.
Yuasa
,
M.
Jamet
, and
J.
Derrien
,
Phys. Rev. B
84
,
165203
(
2011
).
21.
A.
Spiesser
,
V.
Le Thanh
,
S.
Bertaina
, and
L. A.
Michez
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
121904
(
2011
).
22.
E.
Assaf
,
A.
Portavoce
,
K.
Hoummada
,
M.
Bertoglio
, and
S.
Bertaina
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
072408
(
2017
).
23.
S.
Chikazumi
,
Physics of Ferromagnetism
(
Oxford University Press
,
New York
,
1997
), p.
125
.
24.
S.
Bechler
,
M.
Kern
,
H. S.
Funk
,
G.
Colston
,
I. A.
Fischer
,
D.
Weißhaupt
,
M.
Myronov
,
J. V.
Slageren
, and
J.
Schulze
,
Semicond. Sci. Technol.
33
,
095008
(
2018
).
25.
E.
Kasper
and
K.
Lyutovich
,
Solid State Electron.
48
,
1257
(
2004
).
26.
M. B.
Stearns
and
Y.
Cheng
,
J. Appl. Phys.
75
,
6894
(
1994
).
27.
C.
Kittel
,
Rev. Mod. Phys.
21
,
541
(
1949
).
28.
M.
Mayer
,
SIMNRA User’s Guide, Report IPP 9/113
(
Max-Planck-Institut für Plasmaphysik
,
Garching
,
1997
).
29.
International Center for Diffraction Data Powder Diffraction File Card Nos. 00-027-1402, 01-080-6669, 04-004-4927.
30.
D. D.
Cannon
,
J.
Liu
,
Y.
Ishikawa
,
K.
Wada
,
D. T.
Danielson
,
S.
Jongthammanurak
,
J.
Michel
, and
L. C.
Kimerling
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
906
(
2004
).
31.
L.
Rebohle
,
S.
Prucnal
, and
W.
Skorupa
,
Semicond. Sci. Technol.
31
,
103001
(
2016
).
32.
T. K. P.
Luong
,
M. T.
Dau
,
M. A.
Zrir
,
M.
Stoffel
,
V.
Le Thanh
,
M.
Petit
,
A.
Ghrib
,
M.
El Kurdi
,
P.
Boucaud
,
H.
Rinnert
, and
J.
Murota
,
J. Appl. Phys.
114
,
083504
(
2013
).
33.
S.
Prucnal
,
L.
Rebohle
, and
W.
Skorupa
,
Mater. Sci. Semicond. Process.
62
,
115
(
2017
).
34.
Y.
Xie
,
Y.
Yuan
,
M.
Birowska
,
C.
Zhang
,
L.
Cao
,
M.
Wang
,
J.
Grenzer
,
D.
Kriegner
,
P.
Doležal
,
Y.-J.
Zeng
,
X.
Zhang
,
M.
Helm
,
S.
Zhou
, and
S.
Prucnal
,
Phys. Rev. B
104
,
064416
(
2021
).
35.
S. L.
Dudarev
,
G. A.
Botton
,
S. Y.
Savrasov
,
C. J.
Humphreys
, and
A. P.
Sutton
,
Phys. Rev. B
57
,
1505
(
1998
).
36.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
Phys. Rev. B
47
,
558
(
1993
).
37.
G.
Kresse
and
J.
Furth Mueller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
38.
See http://www.physics.uu.se/UppASD for information about UppASD 5.0 software.
39.
B.
Skubic
,
J.
Hellsvik
,
L.
Nordström
, and
O.
Eriksson
,
J. Phys. Condens. Matter.
20
,
315203
(
2008
).
40.
C. M.
Schneider
,
P.
Bressler
,
P.
Schuster
,
J.
Kirschner
,
J. J.
De Miguel
, and
R.
Miranda
,
Phys. Rev. Lett.
64
,
1059
(
1990
).
41.
R.
Zhang
and
R. F.
Willis
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
2665
(
2001
).
42.
T.
Koyama
,
A.
Obinata
,
Y.
Hibino
,
A.
Hirohata
,
B.
Kuerbanjiang
,
V. K.
Lazarov
, and
D.
Chiba
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
132409
(
2015
).
You do not currently have access to this content.