Lattice constants and phase transitions in oriented MnBi films

Abstract

X-ray diffraction investigations on 20 to 100 nm thick (0001)-oriented MnBi films had the following results: 1. At room temperature the lattice parameter c of films is approximately 0.3% smaller than that of bulk material. 2. During the low-temperature to high-temperature phase transition at 360 °C c changes discontinously. The transition is of first order in all films, although the magnetization of very thin films vanishes less abruptly than in thicker films (all films heated up with the same heating rate), simulating thereby a second order transition. 3. Both high-temperature phase films and quenched high-temperature phase films show extra reflections which can be indexed on an orthorhombic supercell. 4. Quenched high-temperature phase films transform between 80 and 220 °C to the low-temperature phase via a new, metastable phase. Conclusions for thermo-magnetic storage in MnBi films are drawn. Röntgenfeinstruktur-Untersuchungen an (0001)-orientierten 20 bis 100 nm dicken MnBi-Schichten hatten folgende Ergebnisse: 1. Bei Raumtemperatur ist die Gitterkonstante c von Schichten etwa 0,3% kleiner als die von Massivmaterial. 2. Bei 360 °C ändert sich c unstetig. Die Umwandlung ist in allen Schichten von erster Ordnung, obwohl die Magnetisierung sehr dünner Schichten weniger steil und erst bei höheren Temperaturen als in dickeren Schichten verschwindet, wenn alle Schichten gleich schnell aufgeheizt werden. Dadurch wird ein Phasenübergang zweiter Ordnung vorgetäuscht. 3. Schichten der Hochtemperaturphase und der abgeschreckten Hochtemperaturphase zeigen Extrareflexe, die unter der Annahme einer orthorhombischen Überstruktur indiziert werden können. 4. Schichten der abgeschreckten Hochtemperaturphase wandeln sich zwischen 80 und 220 °C über eine noch nicht beschriebene metastabile Phase in die Tieftemperaturphase um. Es werden Folgerungen für thermomagnetisches Speichern in MnBi-Schichten gezogen.