Single-crystalline HfO2 nanostructures with novel ferromagnetic properties
Notice bibliographique
Résumé
Hafnium oxide (HfO 2 ) has special technological significance due to its superior properties such as high dielectric constant (κ∼25), wide bandgap (∼5.7 eV), and superb thermal and chemical stabilities. Its room-temperature ferromagnetism and excellent CMOS technology compatibility make it a promising candidate for seamless CMOS-spintronics integration. Low-dimensional single-crystalline HfO 2 nanostructures, particularly one dimensional (1D) nanostructures, are expected to exhibit enhanced ferromagnetic properties due to large specific surface areas and potentially more surface defects. To date, the synthesis of single-crystalline HfO 2 1D nanostructures has, however, remained elusive. Here, single-crystalline dopant-free HfO 2 nanostructures with notable morphologies, including HfO 2 1D nanostructures, are grown using catalyst-assisted pulsed laser deposition. It is shown that Sn plays a crucial role in producing these 1D nanostructures by increasing both the VLS nucleation and growth rates. Magnetization measurements reveal room-temperature ferromagnetism in HfO 2 nanowires, contrasting with weak paramagnetic responses in HfO 2 nanostructured films. We also provide the first direct evidence of oxygen vacancies as the source of room-temperature ferromagnetism in HfO 2 . To account for the observed magnetic property, we employ a modified bound magnetic polaron-band ferromagnetism hybrid model, which is also generally applicable to dopant-free nanostructures of other metal oxides. This work provides new insights into the growth of novel metal oxide 1D nanostructures and the design of new dilute magnetic semiconducting oxides for potential integrated CMOS-spintronics applications. • This study marks the first successful fabrication of single-crystalline 1D HfO 2 nanostructures. • Sn-Gold Nano Island alloy-catalysts play a crucial role in producing 1D HfO 2 nanostructures. • HfO 2 NWs exhibit novel room-temperature ferromagnetism in contrast to HfO 2 nanostructured films. • Direct evidence for the oxygen-vacancy-induced ferromagnetism in HfO 2 is provided by X-ray photoelectron spectroscopy. • These HfO 2 1D nanostructures hold great promise for integrated CMOS-spintronics applications.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
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| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
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