Oxygen Vacancy Induced Room Temperature Ferromagnetism in Pr-Doped CeO2 Thin Films on Silicon
Source abstract
Abstract
Integration of functional oxides on Si substrates could open a pathway to integrate diverse devices on Si-based technology. Oxygen vacancies (Vo(··)) can strongly affect solid state properties of oxides, including the room temperature ferromagnetism (RTFM) in diluted magnetic oxides. Here, we report a systematical study on the RTFM of oxygen vacancy engineered (by Pr(3+) doping) CeO2 epitaxial thin films on Si substrates. High quality, mixed single crystalline Ce1-xPrxO2-δ (x = 0-1) solid solution films were obtained. The Ce ions in CeO2 with a fluorite structure show a Ce(4+)-dominant valence state in all films. The local crystal structures of the films were analyzed in detail. Pr doping creates both Vo(··) and PrO8-complex defects in CeO2 and their relative concentrations vary with the Pr-doping level. The RTFM properties of the films reveal a strong dependence on the relative Vo(··) concentration. The RTFM in the films initially increases with higher Pr-doping levels due to the increase of the F(+) center (Vo(··) with one occupied electron) concentration and completely disappears when x > 0.2, where the magnetic polaron concentration is considered to decline below the percolation threshold, thus long-range FM order can no longer be established. We thus demonstrate the possibility to directly grow RTFM Pr-doped CeO2 films on Si substrates, which can be an interesting candidate for potential magneto-optic or spintronic device applications.
Source: openalex_inverted_index · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: ZnO doping and properties · Magnetic and transport properties of perovskites and related materials · Advanced Condensed Matter Physics
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
IHP, Im Technologiepark 25, 15236 Frankfurt (Oder), Germany
Institute of Materials Science, Technische Universität Darmstadt, 64287 Darmstadt, Germany
Department of Physics and Astronomy and CNISM, University of Bologna, Viale C. Berti Pichat 6/2, 40127 Bologna, Italy
Fachbereich Physik, Universität Osnabrück, Barbarastraße 7, D-49069 Osnabrück, Germany
BTU Cottbus-Senftenberg, Konrad-Zuse-Straße 1, 03046 Cottbus, Germany
Funding
Alexander von Humboldt-Stiftung · Deutsche Forschungsgemeinschaft
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