El Mn4N ferrimagnético ha emergido recientemente como una plataforma prometedora libre de tierras raras para dispositivos espintrónicos, debido a su baja magnetización, alta movilidad de pared de dominio y fuerte respuesta Hall anómala. Sin embargo, lograr películas delgadas con una robusta anisotropía magnética perpendicular (PMA) y funcionalidad de torque de espín-órbita (SOT) mediante métodos de deposición escalables sigue siendo un desafío clave.
En este trabajo, se investiga sistemáticamente el crecimiento de películas delgadas de Mn4N por sputtering magnétron reactivo, estableciendo las condiciones requeridas para obtener películas de alta calidad con propiedades adecuadas para aplicaciones SOT. Se demuestra que se puede lograr Mn4N epitaxial y monocristalino con fuerte PMA sobre MgO(100), mientras que las películas crecidas sobre SrTiO3 (100) permanecen texturadas.
Las películas optimizadas exhiben bucles de histéresis con forma de cuadrado, alta remanencia, coercitividad grande y ajustable, y una gran señal de efecto Hall anómalo. Al combinar mediciones estructurales, magnéticas y de magnetotransporte con cálculos de teoría de funcionales de la densidad, se identifica la tensión epitaxial como un parámetro importante para ajustar la anisotropía magnética, al tiempo que se demuestra que no es el único contribuyente. En particular, nuestros resultados resaltan el papel adicional de los efectos interfaciales en la estabilización de la PMA.
Finalmente, se demuestra una eficiente conmutación de magnetización inducida por corriente en bicapas de Mn4N/Pt, confirmando una eficiente transparencia interfacial de espín. Estos resultados establecen el Mn4N depositado por sputtering como una plataforma de material viable y versátil para dispositivos espin-órbita energéticamente eficientes.
La investigación ha sido llevada a cabo por investigadores del ICMAB-CSIC, incluyendo a Teodor Apetrei, Emre Demiroglu, Caner Deger, Can Onur Avci y Silvia Damerio, dentro del marco del proyecto M4ELC Sustainable Electronics.
