作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 Fe1-XalX(x = 0，19，25和50)的几个计算的典型电子密度
八个具有16个铁原子的bcc晶胞被用来构建一个超晶胞，用于纯铁DOS计算和不同浓度的Fe1-XalX，其中不同位置的铁被铝取代
能量是相对于费米能给出的，Ef = 5
87电子伏，作为比较，插入的数值是不同组成的FeAl在费米能级时的DOS值
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abc5053 超低阻尼对于一系列磁性材料中的自旋电子学和自旋轨道电子学应用非常重要
然而，由于磁振子电子散射，适合基于电荷的自旋电子学和自旋轨道电子学应用的材料数量是有限的
为了定量计算过渡金属铁磁阻尼，研究人员提出了包括呼吸费米表面模型(描述耗散磁化动力学)、广义转矩相关模型、散射理论和线性响应阻尼模型在内的理论方法
在最近发表在《科学进展》杂志上的一份新报告中，魏阳平和一组来自中国和新加坡的科学、磁性和磁性材料以及化学工程的科学家通过实验详细说明了一个接近1的阻尼参数
5 x 10-3用于传统的基本铁铝化物(FeAl)软铁磁体
结果与基于最小电子态密度原理的三维过渡金属铁磁体的结果相当
超低磁阻尼 超低磁阻尼可以满足自旋电子学和自旋轨道电子学应用中器件的能量和速度要求
然而，超低阻尼可能与大多数应用的充电电流要求相矛盾，因为这种充电电流会由于磁振子电子散射而导致高阻尼
钇铁石榴石(YIG)材料是具有低阻尼的铁磁绝缘体，是实现低能耗和高速性能的良好候选材料，适用于自旋电子器件
与三维过渡金属铁磁体相比，传统的、基础的铁铝软铁磁体的磁阻尼研究工作仍然很少，这些铁铝软铁磁体具有优异的机械性能和低成本的功能特性
FeAl金属系统获得的相对较低的磁阻尼可以使其成为自旋电子学和自旋轨道电子学应用的有前途的材料
在这项工作中，魏等人
用密度泛函理论计算方法，用VASP从头算模拟包和广义梯度近似，研究了Fe1XAlX的电子结构
该团队还利用分子束外延技术在氧化镁上生长了一层高质量的单晶铁铝合金薄膜，厚度为20纳米，覆盖铝层厚度为3纳米，并研究了阻尼对合金成分的影响
研究小组随后使用原位反射高能电子衍射(RHEED)和高分辨率x光衍射(HRXRD)方法来展示FeAl薄膜的单畴结构
使用频率扫描与各种混合磁场铁磁共振()测量，魏等
发现低磁阻尼效应
氧化镁表面Fe1-XalX合金薄膜的高分辨率x射线衍射和反射测量
(一)在氧化镁(100)衬底上生长的不同铝浓度的Fe1-XalX合金薄膜的纵向HRXRDω-2θ扫描
带星号的峰是测试期间用于装载样品的Al2O3基底的反射
样品衍射角的微小变化导致晶格畸变，晶格变化通过与红色虚线的比较来表示
Fe3Al在30°出现明显的新衍射峰(200)
7o
a
u
，任意单位
Fe3Al{202}和MgO{202}平面的方位HRXRDф扫描
对于Fe3Al/MgO扫描，观察到以45o间隔的四次反射，表明平面内四重对称和在MgO衬底上Fe3Al膜的相对45o旋转外延生长
(3)Fe3Al/MgO薄膜的高分辨率x光反射仪扫描，其中相应的拟合(棕色)给出Fe3Al的厚度为20纳米，粗糙度为0
7和0
氧化镁和Fe3Al分别为4纳米
插图:Fe3Al (202)峰的HRXRD摇摆曲线给出了半最大值为0的全宽
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abc5053 密度泛函理论计算和晶体结构表征 在研究期间，魏等人
用8个含有16个铁原子的体心立方晶胞构建了一个超晶胞来计算纯铁态密度
Fe1-XalX含有不同浓度的x，不同位置的铁被铝原子取代
研究小组获得了几种代表性的FeAl合金的扩散系数，发现当铝浓度为25%时，它们在费米能级表现出最小值
然后，研究小组设定定制分子束外延的室压，使样品以有利的速率生长，从而在非平衡条件下制备高质量的单晶Fe1-XalX合金薄膜
反射高能电子衍射图案显示了纯单向关系的实现
该小组使用HRXRD(高分辨率x光衍射)评估了Fe1-XalX薄膜的精细晶体结构对铝浓度的依赖性
随着铝浓度的增加，他们注意到铝在铁中形成固溶体
该小组随后使用x光反射仪扫描评估了薄膜的厚度和粗糙度
RHEED图案的(a) (100)取向的氧化镁，电子束是沿着[010]的面内方向和(b) (100)取向的氧化镁，电子束是沿着[011]的面内方向
(c，d)分别在其上生长的Fe1-xAlx薄膜的RHEED图案
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abc5053 剩余磁化强度和铁磁共振(FMR)的角度依赖性以及磁晶各向异性对铝含量的依赖性
(α)0是在测得的角度剩余曲线中沿MgO[010]方向的起点，该曲线显示了第二个最小Mr，该Mr指示对应于Fe1-Xalx[011]的硬磁化方向，并且Mr在对应于沿Fe1-Xalx[010]的易磁化方向的45o处达到其最大值
虚线是识别第一和第二最小磁共振的指南
沿着Fe1-XAlX的易磁化轴和难磁化轴的磁滞回线显示出对铝浓度的依赖性
随着铝浓度的增加，沿易磁化方向(标记为45o)的饱和磁场保持不变，而沿硬磁化方向(标记为0o)的饱和磁场减弱，表明随着铝含量的增加，Fe1-XalX的磁晶各向异性变弱
(Fe3Al在微波频率为9时从0o(对应于MgO[010]方向)到180o的导数FMR吸收光谱
4 GHz
(四)由H2∑和H4∑提取实验数据拟合的一系列共振场
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abc5053 基本磁化特性 为了解释铁铝薄膜的易磁化方向和难磁化方向，魏等
使用振动样品磁力计(VSM)测量的角度剩余曲线
当铝浓度从0变化到25%时，样品的饱和磁化强度发生变化
同时，在硬磁化方向，随着铝浓度的增加，饱和磁场减小，磁晶各向异性变弱
为了确定材料的磁各向异性的值，研究小组使用了与角度相关的铁磁共振测量
该小组随后测量了阻尼扭矩，在该装置中称为吉尔伯特阻尼，其方向由磁化强度及其时间导数的矢量乘积给出
例如，Fe75Al25薄膜的吉尔伯特阻尼参数(α)与先前研究中描述的值相当
吉尔伯特阻尼的确定
随着外场的增加，共振频率向更高的方向移动，频率的频率宽度依赖性是通过对Fe75Al25薄膜的频率扫描获得的
(乙和丙)铁75铝25和铁81铝19薄膜相应的频率宽度依赖性
吉尔伯特阻尼参数值由研究中导出的方程拟合，α = 1
5×103，α = 2
分别为3×103
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abc5053 通过这种方式，魏阳平和他的同事观察到了1
在铝浓度为25%的传统FeAl晶体铁磁体中为5×10-3
这项工作为自旋电子学和自旋轨道电子学应用提供了一个选择低成本材料的新机会，而不局限于三维过渡金属元素
该小组基于先前提出的最小态密度原理获得了这些新结果
结果进一步证实了磁阻尼与同一合金中费米能级的态密度成正比
这项工作为筛选自旋电子学和自旋轨道电子学应用的材料提供了一种新方法，并将该方法扩展到更广泛的低阻尼材料
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