Cleaning methods and aluminium growth on yttrium iron garnet

Abstract

Å forstå tynn film vekst på yttrium jern granat(YIG) er eit vikitig steg å ta før ein kan studere magnon-elektronvekselvikning for å koble elektronikk og spinntronikk. Magnon-elektronvekselvirkning på eit metall-magnetiskisolator grensesnitt kan bli studert ved hjelp av photoemisjon(PE), men krever ei overflate som er rein, flat og ordna overflate. Metallet må være ein tynn film for at ein skal kunne måle i grensesnittet mellom materiala. Aluminium vart valgt som prøve forsøk på å gro tynne metallfilmer på YIG for å sjå om metalla reagera med det. Aluminium viste seg å være ein dårlig kandidat for å gro på YIG siden det oksiderte når det kom i kontakt med YIG og dermed lage eit lag med aluminiumoksid imellom. YIG hadde ingen problem med uønska ladning når ein utførte PE, sjølv om det er ein isolator. Det var relativt enkelt å reingjøre enkeltkrystall YIG ved å varme det om til 400C i ≈10^−6mbar O2 atmosfære. Polycrystal YIG var endå enklare å reingjøre, dette kunne gjørest med finkorna sandpapir og ein lufttrykkpistol med rein nitrogen. Derimot viste det seg at sjølv enkelkrystall YIG har ei ru eller uordna overflate som vil bli ei utfordring når ein skal gro ordna metallfilma på. Eit edelt metall som enkelt forma ordna filma trengst.

Understanding metal thin film growth on yttrium iron garnet(YIG) is a useful step before one can studying magnon-electron interaction to bridge the gap between electronics and spintronics. Magnon-electron interaction at a metal-magnetic insulator interface can be studied using photoemission(PE), but requires a clean smooth ordered surface as well as a pure metal thin film in order to measure the effect. Aluminium has been chosen as test case for thin films on YIG in order to check if metal films react with YIG. Aluminium proved to be a material poorly suited to grow as a metal film on top of YIG because it oxidises on contact with YIG, creating a layer of aluminium oxide. YIG had no problems with charging when doing PE, despite it being an insulator. It was relatively easy to clean single crystal YIG by heating it to 400C in ≈10^−6mbar O2 atmosphere. Even easier with the polycrystalline YIG, since it could be cleaned with fine sandpaper and a nitrogen gun. However even the single crystal YIG had a rough or disordered surface, which will create a challenge for growing ordered metal films on top. A inert metal able to relatively form a ordered surface on top is needed.