Shambhu Nath Jha, Virginie Serin, Aloke Kanjilal, Anil K. Sinha, Sudipta Roy Barman, Ashok Kumar Yadav, Vijay Kumar, Sébastien Joulié, Mohammad Balal, Alain Claverie, Ananya Chattaraj, Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Matériaux Multi-fonctionnels et Multi-échelles (CEMES-M3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Thin films of β-W are the most interesting for manipulating magnetic moments using spin–orbit torques, and a clear understanding of α to β phase transition in W by doping impurity, especially oxygen, is needed. Here we present a combined experimental and theoretical study using grazing incidence X-ray diffraction, photoelectron spectroscopy, electron microscopy, and ab initio calculations to explore atomic structure, bonding, and oxygen content for understanding the formation of β-W. It is found that the W films on SiO2/Si have 13–22 at.% oxygen in A15 β structure. Ab initio calculations show higher solution energy of oxygen in β-W, and a tendency to transform locally from α to β phase with increasing oxygen concentration. X-ray absorption spectroscopy also revealed local geometry of oxygen in β-W, in agreement with the simulated one. These results offer an opportunity for a fundamental understanding of the structural transition in α-W and further development of β-W phase for device applications.