Ferromagnetism of Nanometer Thick Sputtered Fe3GeTe2 Films in the Absence of Two-Dimensional Crystalline Order: Implications for Spintronics Applications

自旋电子学 铁磁性 凝聚态物理 无定形固体 材料科学 居里温度 磁电阻 溅射沉积 纳米技术 溅射 薄膜 结晶学 物理 化学 磁场 量子力学
作者
Qianwen Zhao,ChaoChao Xia,Hanying Zhang,Baiqing Jiang,Tunan Xie,Kaihua Lou,Chong Bi
出处
期刊:ACS applied nano materials [American Chemical Society]
卷期号:6 (4): 2873-2882 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsanm.2c05213
摘要

The discovery of ferromagnetism in two-dimensional (2D) monolayers has stimulated growing research interest in both spintronics and material science. However, these 2D ferromagnetic layers are mainly prepared through an incompatible approach for large-scale fabrication and integration, and moreover, a fundamental question of whether the observed ferromagnetism actually correlates with the 2D crystalline order has not been explored. Here, we choose a typical 2D ferromagnetic material, Fe3GeTe2, to address these two issues by investigating its ferromagnetism in an amorphous state. We have fabricated nanometer thick amorphous Fe3GeTe2 films approaching the monolayer thickness limit of crystallized Fe3GeTe2 (0.8 nm) through magnetron sputtering. Compared to crystallized Fe3GeTe2, we found that the basic ferromagnetic attributes, such as the Curie temperature which directly reflects magnetic exchange interactions and local anisotropic energy, do not change significantly in the amorphous states. This is attributed to the short-range atomic order, as confirmed by valence state analysis, being almost the same for both phases. The persistence of ferromagnetism in the ultrathin amorphous counterpart has also been confirmed through magnetoresistance measurements, where two unconventional switching dips arising from electrical transport within domain walls are clearly observed in the amorphous Fe3GeTe2 single layer. These results indicate that the long-range ferromagnetic order of crystallized Fe3GeTe2 may not correlate to the 2D crystalline order, and the corresponding ferromagnetic attributes can be utilized in an amorphous state which suits large-scale fabrication in a semiconductor technology-compatible manner for spintronics applications.
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