Magnetic study of Lu(Fe0.2Mn0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2)O3 high entropy oxide thin films

The aim of this thesis project is to study the structural and magnetic properties of Lu(Fe0.2Mn0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2)O3 (Lu5BO) high-entropy oxide perovskite (HEOP) thin films. After having obtained and optimized the growth of the film, its structural properties have been characterized, proving that the epitaxial single-phase film has excellent crystallinity, smooth surface and uniform mixing of the 3d transition metals in the B sublattice. The overall magnetic properties of the film have been studied through the use of VSM SQUID magnetometry and an element-specific study was carried out through synchrotron-based x-ray absorption spectroscopy (XAS, XMCD and XLD), revealing dominant antiferromagnetic order with weak ferromagnetic clusters given by Mn4+–O–Ni2+ superexchange interaction. This project demonstrates the strength of entropy stabilization as a material design technique, applicable also to the realization of HEOPs thin films with rare earth ions with small atomic radii, and provides new insight on the manipulation of ferroic properties in HEOPs thin films.

L’obbiettivo di questo progetto di tesi è lo studio delle proprietà magnetiche e strutturali di film sottili del high-entropy perovskite (HEOP) Lu(Fe0.2Mn0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2)O3 (Lu5BO). Dopo aver ottimizzato la crescita dei film, le proprietà strutturali dei campioni sono state studiate. Le analisi effettuate hanno mostrato che i film sono cristallini, costituiti da una singola fase e che crescono in modo epitassiale formando un’interfaccia planare con il substrato. Inoltre, i metalli di transizione sono omogeneamente e casualmente disposti all’interno del sublattice B. Tramite la magnetometria VSM-SQUID, le proprietà dei film sono state studiate. Esperimenti di spettroscopia ad assorbimento di raggi X sono stati condotti al Swiss Light Source per determinare il comportamento magnetico degli elementi presenti nei film sottili di Lu5BO e per ottenere informazioni sulle interazioni di scambio presenti nei campioni. Le analisi hanno evidenziato che i film sono prevalentemente antiferromagnetici, con un minore contributo ferromagnetico dato dall’interazione di superexchange Mn4+–O–Ni2+. Questo progetto dimostra l’efficacia del metodo di stabilizzazione ad elevata entropia per la realizzazione di film sottili di HEOPs e fornisce nuove conoscenze sulla manipolazione delle proprietà ferroiche dei film sottili di HEOPs.