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TbMn2O5 박막의 합성과 증착 온도에 따른 결정 구조 및 자성 특성 변화

한국자기학회지, Volume 30, Number 1, 29 Feb 2020, Pages 8-12
곽용수 (충남대학교 물리학과), 송종현 * (충남대학교 물리학과), 이두표 (포항공과대학교 물리학과)
Abstract
TbMn2O5 박막을 증착 온도를 달리하여 Nb이 도핑 된 TiO2(110) 기판 위에 증착 후 박막의 물리적 특성 변화를 조사하였다. 증착 온도가 700oC인 경우, TbMn2O5(002) 결정 방향이 표면에 수직인 방향으로 증착되었으나 증착 온도가 증가할수록 TbMn2O5(211) 결정 방향성이 강해져 950 oC일 때는 TbMn2O5(211)의 방향성을 가지고 성장하였다. 그리고 증착 온도가 750 oC 경우TbMn2O5(002)와TbMn2O5(211) 결정 방향이 섞여 있는 상태로 존재하는 것이 관측되었다. 자성 특성의 경우 약 43K에서 공통적으로 상자성에서 강자성으로 상전이가 있어났지만, 증착 온도가 낮을수록 보자력장(Coercive Field)이 커져 자기히스테리시스(Magnetic hysteresis) 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이와 같은 실험적 관측으로부터 박막을 성장시킬 때의 온도는TbMn2O5박막의 결정 방향 및 자성에 영향을 미치는 중요한 변수라는 것을 추론할 수 있다.

We grew TbMn2O5 thin films on Nb doped TiO2(110) substrates at different temperatures and studied the influence of growth temperature on their physical properties. When the growth temperature was 700 oC, the preferred crystal orientation perpendicular to the film surface was TbMn2O5(002) whereas it was turned to (211) with increasing the growth temperature to 950 oC. For the sample with the growth temperature of 750 oC, the domains with the crystal orientations of TbMn2O5(002) and TbMn2O5(211) were mixed. For magnetic properties, the phase transition from paramagnetic to ferromagnetic was observed at about 43K for all samples studied. However, the larger the coercive field and magnetic hysteresis were observed with decreasing the growth temperature. These observations indicate that the growth temperature is an important parameter in determining the crystal orientation and magnetic property of TbMn2O5 thin film.
Keywords: 다강체; 망간산화물; 산화물박막; 상전이; 강자성 multiferroic; manganese oxide; oxide thin film; phase transition; ferromagnetism
DOI: https://doi.org/10.4283/JKMS.2020.30.1.008