Свойства пленок Zn$_{1-x}$Co$_x$O, полученных методом импульсного лазерного осаждения с использованием скоростной сепарации осаждаемых частиц

Изучены структурные, оптические, магнитные и транспортные свойства пленок Zn$_{1-x}$Co$_x$O ($x$ = 0.05–0.45) толщиной $d$ = 60–300 нм, полученных на подложках Al$_2$O$_3$ (0001) при температуре $T_s$ = 500$^\circ$C методом импульсного лазерного осаждения с использованием сепарации осаждаемых частиц по скорости. Показано, что тройной твердый раствор Zn$_{1-x}$Co$_x$O сохраняет кристаллическую структуру типа вюрцита вплоть до $x$ = 0.35 при получении пленок в условиях низкого давления буферного кислорода ($\sim$10$^{-6}$ Торр). Установлено, что в этих условиях концентрация электронов превышает 10$^{20}$ см$^{-3}$ из-за высокой плотности донорных вакансий кислорода. При этом в пленках начинает проявляться ферромагнетизм в намагниченности и аномальном эффекте Холла при температурах выше 100 K. Знак аномального эффекта Холла в пленках оказался положительным и противоположным знаку нормального эффекта Холла, так же как в металлических слоях Co, что указывает на кластерную природу ферромагнетизма пленок Zn$_{1-x}$Co$_x$O. В тонких слоях Zn$_{1-x}$Co$_x$O ($d$ = 60 нм, $x$ = 0.2) в поперечном магнитном поле выявлен сильный гистерезис в магнетосопротивлении, свидетельствующий о перпендикулярной магнитной анизотропии пленок. Такая анизотропия объясняется структурированностью слоев (“вытянутостью” магнитных кластеров вдоль оси роста пленок), которая может приводить к заметному усилению ферромагнетизма.