Materials Science Aspects of FePt-Based Thin Films’ Formation

O. V. Shamis, I. A. Vladymyrskyi, Yu. M. Makogon, S. I. Sidorenko

National Technical University of Ukraine ‘Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute’, 37 Peremohy Ave., UA-03056 Kyiv, Ukraine

Received: 13.03.2018; final version - 30.07.2018. Download: PDF

The goal of this review is consideration of basic physical and materials science approaches for providing predefined properties of nanosize thin FePt-based films. Achievement of such properties is required for the industrial application of these materials as magnetic ultrahigh-density recording media. Various approaches are considered to solve the problems such as the reduction of the ordering temperature, formation of the requisite crystallographic orientation of the ordered-phase grains, increase of the coercivity, and providing of the possibility to control the change in the magnetization of these materials.

Keywords: ordered $L1_{0}$-FePt phase, phase transformations, thin films, magnetic recording.

PACS: 68.35.Fx, 68.37.Lp, 68.55.J-, 68.55.Nq, 75.20.En, 75.30.Gw, 75.50.Bb, 75.50.Ss, 75.50.Vv, 75.70.Ak, 81.15.-z, 81.40.Rs, 85.70.Kh


Citation: O. V. Shamis, I. A. Vladymyrskyi, Yu. M. Makogon, and S. I. Sidorenko, Materials Science Aspects of FePt-Based Thin Films’ Formation, Usp. Fiz. Met., 19, No. 3: 337—363 (2018), doi: 10.15407/ufm.19.03.337

References (86)  
  1. D. Weller and A. Moser, IEEE Trans. Magn., 35, No. 6: 4423 (1999). Crossref
  2. Y. Jiao and R. H. Victora, IEEE Magn. Lett., 8: 7956162 (2017). Crossref
  3. M. R. Visokay and R. Sinclair, Appl. Phys. Lett., 66, No. 13: 1692 (1995). Crossref
  4. K. Barmak, B. Wang, A. T. Jesanis, D. C. Berry, and J. M. Rickman, IEEE Trans. Magn., 49, No. 7: 3284 (2013). Crossref
  5. B. Wang and K. Barmak, J. Appl. Phys., 109, No. 12: 123916 (2011). Crossref
  6. V. A. Tatarenko, S. M. Bokoch, V. M. Nadutov, T. M. Radchenko, and Y. B. Park, Defect and Diffusion Forum, 280–281: 29 (2008). Crossref
  7. T. M. Radchenko and V. A. Tatarenko, Defect and Diffusion Forum, 273: 525 (2008). Crossref
  8. V. A. Tatarenko and T. M. Radchenko, Intermetallics, 11, Nos. 11–12: 1319 (2003). Crossref
  9. B. Wang and K. Barmak, J. Appl. Phys., 111, No. 7: 07B718 (2012). Crossref
  10. K. Barmak, J. Kim, and L. Lewis, J. Appl. Phys., 95, No. 11: 7501 (2004). Crossref
  11. Y. K. Takahashi, T. Ohkubo, M. Ohnuma, and K. Hono, J. Appl. Phys., 93, No. 10: 7166 (2003). Crossref
  12. Y. K. Takahashi, T. Koyama, M. Ohnuma, T. Ohkubo, and K. Hono, J. Appl. Phys., 95, No. 5: 2690 (2004). Crossref
  13. L. Han, U. Wiedwald, B. Kuerbanjiang, and P. Ziemann, Nanotechnology, 20, No. 28: 285706 (2009). Crossref
  14. H. Sepehri-Amin, H. Iwama, G. Hrkac, K. T. Butler, T. Shima, and K. Hono, Scr. Mater., 135: 88 (2017). Crossref
  15. R. M. Wang, O. Dmitrieva, M. Farle, G. Dumpich, H. Q. Ye, H. Poppa, R. Kilaas, and C. Kisielowski, Phys. Rev. Lett., 100, No. 1: 017205 (2008). Crossref
  16. K. Dong, X. Yang, J. Yan, W. Cheng, and X. Cheng, Acta Metall. Sin., 22, No. 1: 22 (2009). Crossref
  17. B. Yao and K. R. Coffey, J. Appl. Phys., 103, No. 7: 07E107 (2008). Crossref
  18. Iu. M. Makogon, O. P. Pavlova, S. I. Sidorenko, T. I. Verbytska, I. A. Vladymyrskyi, O. V. Figurna, and I. O. Kruglov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 36, No. 10: 1359 (2014) (in Ukrainian). Crossref
  19. K. F. Dong, H. H. Li, and J. S. Chen, J. Appl. Phys., 113, No. 23: 233904 (2013). Crossref
  20. W. Liu, F. Wang, and X. Xu, Acta Metall. Sin., 22, No. 5: 392 (2009). Crossref
  21. S. Kang, J. W. Harrell, and D. E. Nikles, Nano Letters, 2, No. 10: 1033 (2002). Crossref
  22. Y. M. Sung, M. K. Lee, K. E. Kim, and T. G. Kim, Chem. Phys. Lett., 443, Nos. 4–6: 319 (2007). Crossref
  23. J. S. Chen, Y. Z. Zhou, C. J. Sun, S. W. Han, and G. M. Chow, Appl. Phys. Lett., 98, No. 13: 131914 (2011). Crossref
  24. D. Chun, S. Kim, G. Kim, W. Jeung, D. Chun, S. Kim, G. Kim, and W. Jeung, J. Appl. Phys., 105: 07B731 (2009). Crossref
  25. C. Brombacher, H. Schletter, M. Daniel, P. Matthes, N. Jöhrmann, M. Maret, D. Makarov, M. Hietschold, and M. Albrecht, J. Appl. Phys., 112, No. 13: 073912 (2012). Crossref
  26. Y. K. Takahashi, M. Ohnuma, and K. Hono, J. Magn. Magn. Mater., 246, Nos. 1–2: 259 (2002). Crossref
  27. T. Maeda, T. Kai, A. Kikitsu, T. Nagase, and J. Akiyama, Appl. Phys. Lett., 80, No. 12: 2147 (2002). Crossref
  28. S. Laureti, C. Brombacher, D. Makarov, M. Albrecht, D. Peddis, G. Varvaro, and F. D’Acapito, J. Appl. Crystallogr., 47, No. 5: 1722 (2014). Crossref
  29. H. W. Yang, C. M. Chung, and J. Y. Ding, J. Magn. Magn. Mater., 312, No. 1: 239 (2007). Crossref
  30. H. L. Skriver and N. M. Rosengaard, Phys. Rev. B, 46, No. 11: 7157 (1992). Crossref
  31. X. H. Xu, H. S. Wu, F. Wang, and X. L. Li, Thin Solid Films, 472, Nos. 1–2: 222 (2005). Crossref
  32. G. L. Katona, I. A. Vladymyrskyi, I. M. Makogon, S. I. Sidorenko, F. Kristály, L. Daróczi, A. Csik, A. Liebig, G. Beddies, M. Albrecht, and D. L. Beke, Appl. Phys. A, 115, No. 1: 203 (2014). Crossref
  33. D. L. Beke, Yu. Kaganovskii, and G. L. Katona, Prog. Mater. Sci., 98: 625 (2018). Crossref
  34. I. A. Vladymyrskyi, A. E. Gafarov, A. P. Burmak, S. I. Sidorenko, G. L. Katona, N. Y. Safonova, F. Ganss, G. Beddies, M. Albrecht, Y. N. Makogon, and D. L. Beke, J. Phys. D: Appl. Phys. 49, No. 3: 035003 (2016). Crossref
  35. W. C. Wen, R. V. Chepulskii, L. W. Wang, S. Curtarolo, and C. H. Lai, Acta Mater., 60, No. 20: 7258 (2012). Crossref
  36. C. Feng, B. H. Li, G. Han, J. Teng, Y. Jiang, Q. L. Liu, and G. H. Yu, Appl. Phys. Lett., 88: 232109 (2006). Crossref
  37. Y. S. Yu, H. B. Li, W. L. Li, M. Liu, Y. M. Zhang, and W. D. Fei, J. Phys. D: Appl. Phys., 41, No. 24: 245003 (2008). Crossref
  38. Y. S. Yu, H. B. Li, W. L. Li, M. Liu, Y. M. Zhang, and W. D. Fei, J. Magn. Magn. Mater., 322, No. 13: 1770 (2010). Crossref
  39. Y. Yu, X. Z. Li, T. A. George, W. D. Fei, H. Li, and D. J. Sellmyer, Thin Solid Films, 531: 460 (2013). Crossref
  40. Y. S. Yu, H. B. Li, W. L. Li, M. Liu, and W. D. Fei, J. Magn. Magn. Mater., 320, No. 19: L125 (2008). Crossref
  41. W. Y. Zhang, H. Shima, F. Takano, H. Akinaga, X. Z. Yu, T. Hara, W. Z. Zhang, K. Kimoto, Y. Matsui, and S. Nimori, J. Appl. Phys., 106: 033907 (2009). Crossref
  42. X. Li, F. Wang, Z. Guo, H. Li, D. Guo, B. Liu, and X. Zhang, Appl. Surf. Sci., 256, No. 12: 3822 (2010). Crossref
  43. F. J. Yang, H. Wang, H. B. Wang, B. Y. Wang, X. L. Wang, H. S. Gu, and C. P. Yang, Appl. Surf. Sci., 257, No. 8: 3216 (2011). Crossref
  44. M. Liu, T. Jin, L. Hao, J. Cao, Y. Wang, D. Wu, J. Bai, and F. Wei, Nanoscale Res. Lett., 10: 161 (2015). Crossref
  45. G. Li, Y. Cao, Q. Wang, J. Du, Y. Zhao, and J. He, Vacuum, 10: 75 (2014). Crossref
  46. L. Feng, L. Ma, E. K. Liu, G. H. Wu, W. H. Wang, and W. X. Zhang, Appl. Phys. Lett., 100: 152401 (2012). Crossref
  47. H. Y. Wang, X. K. Ma, Y. J. He, S. Mitani, and M. Motokawa, Appl. Phys. Lett., 85: 2304 (2004). Crossref
  48. M. Liu, M. Lu, L. Wang, J. Zhao, and H. Li, J. Supercond. Nov. Magn., 28, No. 8: 2491 (2015). Crossref
  49. H. Sepehri-Amin, H. Iwama, T. Ohkubo, T. Shima, and K. Hono, Scr. Mater., 130: 247 (2017). Crossref
  50. A. Ghasemi, Thin Solid Films, 616: 183 (2016). Crossref
  51. M. Albrecht and C. Brombacher, Phys. Status Solidi, 210, No. 7: 1272 (2013). Crossref
  52. K. F. Dong, H. H. Li, J. Y. Deng, Y. G. Peng, G. Ju, G. M. Chow, and J. S. Chen, J. Appl. Phys., 117, No. 17: 17D116 (2015). Crossref
  53. E. Yang and D. E. Laughlin, J. Appl. Phys., 104, No. 2: 023904 (2008). Crossref
  54. E. Yang, H. Ho, D. E. Laughlin, and J.-G. Zhu, J. Appl. Phys., 111, No. 7: 07B720 (2012). Crossref
  55. Y. F. Ding, J. S. Chen, B. C. Lim, J. F. Hu, B. Liu, and G. Ju, Appl. Phys. Lett., 93, No. 3: 032506 (2008). Crossref
  56. T.-J. Zhou, B. C. Lim, and B. Liu, Appl. Phys. Lett., 94, No. 15: 152505 (2009). Crossref
  57. J. S. Chen, B. C. Lim, Y. F. Ding, J. F. Hu, G. M. Chow, and G. Ju, J. Appl. Phys., 105, No. 7: 07B702 (2009). Crossref
  58. K. F. Dong, H. H. Li, Y. G. Peng, G. Ju, G. M. Chow, and J. S. Chen, Appl. Phys. Lett., 104, No. 19: 192404 (2014). Crossref
  59. K. F. Dong, F. Jin, W. Q. Mo, J. L. Song, and W. M. Cheng, IEEE Trans. Magn., 53, No. 11: 4300304 (2017). Crossref
  60. K. F. Dong, J. Y. Deng, F. Jin, W. Q. Mo, J. L. Song, and J. S. Chen, J. Alloys Compd., 730: 234 (2018). Crossref
  61. L. Liu, H. Lv, W. Sheng, Y. Lou, J. Bai, J. Cao, B. Ma, and F. Wei, Appl. Surf. Sci., 258, No. 15: 5770 (2012). Crossref
  62. H. Y. Wang, W. H. Mao, W. B. Sun, Y. J. He, S. Mitani, and M. Motokawa, J. Phys. D: Appl. Phys., 39, No. 9: 1749 (2006). Crossref
  63. Y. Cao, Q. Wang, G. Li, J. Du, X. Wang, and J. He, J. Magn. Magn. Mater., 372: 91 (2014). Crossref
  64. Y. Su, H. Su, Y. Zhu, F. Wang, J. Du, W. Xia, A. Yan, J. P. Liu, and J. Zhang, J. Alloys Compd., 647: 375 (2015). Crossref
  65. I. A. Vladymyrskyi, O. P. Pavlova, T. I. Verbitska, S. I. Sidorenko, G. L. Katona, D. L. Beke, and I. M. Makogon, Vacuum, 101: 33 (2014). Crossref
  66. F. T. Yuan, S. K. Chen, W. M. Liao, C. W. Hsu, S. N. Hsiao, and W. C. Chang, J. Magn. Magn. Mater., 304, No. 1: e109 (2006). Crossref
  67. M. H. Kryder, E. C. Gage, T. W. McDaniel, W. A. Challener, R. E. Rottmayer, G. Ju, Y.-Tee Hsia, and M. F. Erden, Proc. IEEE, 96, No. 11: 1810 (2008). Crossref
  68. D. Weller, G. Parker, O. Mosendz, A. Lyberatos, D. Mitin, N. Y. Safonova, and M. Albrecht, J. Vac. Sci. Technol. B, 34, No. 6: 60801 (2016). Crossref
  69. S. Okamoto, N. Kikuchi, M. Furuta, O. Kitakami, and T. Shimatsu, J. Phys. D: Appl. Phys., 48, No. 35: 353001 (2015). Crossref
  70. D. Mitin, M. Wachs, N. Y. Safonova, O. Lein, and M. Albrecht, Thin Solid Films, 651: 158 (2018). Crossref
  71. D. Suess, Appl. Phys. Lett., 89, No. 11: 113105 (2006). Crossref
  72. D. Suess, T. Schrefl, S. Fähler, M. Kirschner, G. Hrkac, F. Dorfbauer, and J. Fidler, Appl. Phys. Lett., 87, No. 1: 012504 (2005). Crossref
  73. J. L. Tsai, J. C. Huang, L. H. Chen, and C. S. Lin, Surf. Coatings Technol., 231: 456 (2013). Crossref
  74. A. Y. Dobin and H. J. Richter, Appl. Phys. Lett., 89, No. 6: 062512 (2006). Crossref
  75. F. Wang, X. H. Xu, Y. Liang, J. Zhang, and J. Zhang, Mater. Chem. Phys., 126, No. 3: 843 (2011). Crossref
  76. G. Barucca, T. Speliotis, G. Giannopoulos, D. Niarchos, B. Rutkowski, A. Czyrska-Filemonowicz, E. Agostinelli, S. Laureti, A. M. Testa, and G. Varvaro, Mater. Des., 123: 147 (2017). Crossref
  77. A. Di Bona, P. Luches, F. Albertini, F. Casoli, P. Lupo, L. Nasi, S. D’Addato, G. C. Gazzadi, and S. Valeri, Acta Mater., 61, No. 13: 4840 (2013). Crossref
  78. S. H. Liu, S. N. Hsiao, S. K. Chen, and H. Y. Lee, J. Alloys Compd., 631: 15 (2015). Crossref
  79. C. C. Chiang, W. C. Tsai, L. W. Wang, H. C. Hou, J. W. Liao, H. J. Lin, F. H. Chang, B. J. Kirby, and C. H. Lai, Appl. Phys. Lett., 99, No. 21: 212504 (2011). Crossref
  80. J. Lee, B. Dymerska, J. Fidler, V. Alexandrakis, T. Speliotis, D. Niarchos, P. Pongratz, and D. Suess, Phys. Status Solidi A, 210, No. 7: 1305 (2013). Crossref
  81. J. Lee, V. Alexandrakis, M. Fuger, B. Dymerska, D. Suess, D. Niarchos, and J. Fidler, Appl. Phys. Lett., 98, No. 22: 222501 (2011). Crossref
  82. G. Varvaro, S. Laureti, and D. Fiorani, J. Magn. Magn. Mater., 368: 415 (2014). Crossref
  83. F. Wang, X. Xu, Y. Liang, J. Zhang, and H. Wu, Appl. Phys. Lett., 95, No. 2: 022516 (2009). Crossref
  84. D. A. Gilbert, L.-W. Wang, T. J. Klemmer, J.-U. Thiele, C.-H. Lai, and K. Liu, Appl. Phys. Lett., 102, No. 13: 132406 (2013). Crossref
  85. Y. Ogata, Y. Imai, and S. Nakagawa, Phys. Procedia, 16: 36 (2011). Crossref
  86. D. B. Xu, J. S. Chen, T. J. Zhou, and G. M. Chow, J. Appl. Phys., 109, Iss. 7: 07B747 (2011). Crossref