Använda enaxiella stam kombinerat med spin-polariserade scanning tunneling microscopy, vi visualiserar och manipulera den Antiferromagnetisk domänstrukturen FE1 + yTe, modersubstansen av järn-baserade supraledare.
Strävan att förstå korrelerade elektroniska system har drivit gränserna för experimentella mätningar mot utveckling av nya experimentella tekniker och metoder. Här använder vi en roman hembyggda enaxiella-anstränga anordning integrerad i vår variabel temperatur scanning tunneling Mikroskop som gör det möjligt för oss att controllably manipulera i-plane enaxiella stam i prover och undersöka deras elektroniska svar på den atomära skalan. Med scanning tunneling microscopy (STM) med spin-polarisering tekniker, vi visualiserar Antiferromagnetisk (AFM) domäner och deras atomstruktur i Fe1 +yTe prover, modersubstansen av järn-baserade superconductors, och demonstrera hur dessa domäner bemöta tillämpad enaxiella stam. Vi observerar dubbelriktat AFM domäner i otränat urvalet, med en genomsnittlig domän storlek på ~ 50-150 nm, att övergången till en enkelriktad domän tillämpad enaxiella ansträngd. Resultaten presenteras här öppnas en ny riktning för att utnyttja en värdefull trim parameter i STM, liksom andra spektroskopiska tekniker, både för finjustering av de elektroniska egenskaperna när det gäller inducerande symmetri bryter i quantum materialsystem.
Hög temperatur supraledning i cuprates och järn-baserade supraledare är en spännande quantum fråga1,2. En stor utmaning att förstå supraledning är olika symmetribrott stater, såsom elektroniska nematic och smectic faser (som bryter roterande och translationell symmetrier av elektroniska påstår), med lokalt sammanflätade natur supraledning3,4,5,6,7. Manipulation och avsiktlig tuning av dessa symmetribrott stater är ett viktigt mål mot förståelse och kontroll av supraledning.
Kontrollerad stam, både enaxiella och biaxiell, är en väl etablerad teknik för att finjustera de kollektiva elektroniska staterna i kondenserade materiens system8,9,10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Denna rena tuning, används utan införandet av sjukdom genom kemiska dopning, ofta i olika typer av experiment för att finjustera bulk elektroniska egenskaper23,24,25,26 . Till exempel har enaxiella trycket visat sig ha en enorm effekt på supraledning i Sr2RuO413 och cuprates27 och på strukturella, magnetiska, och nematic fasövergångar av järn-baserade supraledare 10 , 14 , 28 , 29 och visades nyligen i tuning topologiska påstår av SmB624. Användning av stam i ytan-känsliga tekniker, såsom STM och vinkel-löst photoemission spektroskopi (ARPES), har dock varit begränsad till i situ-odlade tunna filmer på avvikande substrat26,30. Den stora utmaningen med att tillämpa stam till enstaka kristaller i ytan-känsliga experiment är behovet av att klyva de ansträngda proverna i ultrahög vakuum (UHV). Under de senaste åren, har en alternativ riktning varit att epoxi tunn prov på piezo stackar9,10,18,31 eller på tallrikar med olika koefficienter av termisk expansion19 ,32. Men i båda fallen är omfattningen av tillämpad stammen ganska begränsad.
Här visar vi användning av en roman mekaniska enaxiella-anstränga enhet som tillåter forskare att sila ett prov (tryckkraft stam) utan begränsningar och samtidigt visualisera dess ytstruktur som använder STM (se figur 1). Som ett exempel, vi använder enkristaller av Fe1 +yTe, där y = 0,10, modersubstansen av de järn chalcogenide superconductors (y är överflödigt järn koncentration). Nedan TN = ~ 60 K, Fe1 +yTe övergångar från en hög temperatur paramagnetiskt tillstånd till en låg temperatur Antiferromagnetisk stat med en bicollinear rand magnetiska ordning26,33 ,34 (se figur 3A, B). Magnetiska övergången är ytterligare åtföljs av en strukturell övergång från tetragonala monoklina26,35. I-plane AFM ordning bildar detwinned domäner med spin strukturen pekar längs den långa b-riktningen av det Ortorombiska struktur34. Genom att visualisera AFM ordning med spin-polariserade STM, vi sond den dubbelriktade domänstrukturen i otränat Fe1 +yTe prover och observera deras övergång till en enda stor domän tillämpad påfrestningar (se schematiskt i Figur 3 C-E). Dessa experiment visar framgångsrik yta trimning av enstaka kristaller använder enaxiella-anstränga enheten presenteras här, den klyva av provet och den samtidiga avbildning av sin ytstruktur med sveptunnelmikroskop. Figur 1 visar schematiska ritningar och bilder av enhetens mekaniska påfrestningar.
Alla åtgärder som krävs för att flytta proven in och innanför STM utförs med uppsättningar av arm manipulatorer. STM upprätthålls vid låga temperaturer av flytande kväve och flytande helium, och provet kyls ner för minst 12 h innan att vara närmade. Detta tillåter prov och Mikroskop temperaturen nå termisk jämvikt. För att isolera elektriska och akustiska buller, är STM placerad i en akustisk och radiofrekvens skärmade rum. Mikroskopet huvudet är ytterligare upphängd fjädrar för optimerad instrumen…
The authors have nothing to disclose.
P.A. erkänner stöd från den amerikanska National Science Foundation (NSF) karriär under award nej. DMR-1654482. Material syntes genomfördes med stöd av den polska nationella Science Centre grant nr 2011/01/B/ST3/00425.
Belleville spring disks | McMaster Carr | ||
Fe(1.1)Te | Single Crystal | ||
H20E | Epoxy Technology | ||
H74F | Epoxy Technology | ||
Micrometer screws | McMaster Carr | ||
Stainless Steel sheets (416) | McMaster Carr |