本文介绍了一种通过射频（RF）溅射法在（001）取向的 SrTiO3（STO）单晶衬底上生长 LSMO 纳米颗粒和（Gd）BCO 薄膜的实验方案。
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方法文章
射频磁控溅射 GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0.33MnO3SrTiO上的准双层薄膜3（STO）单晶衬底
本文内容
摘要
摘要
在此，我们演示一种涂覆铁磁性La的方法0.67Sr0.33MnO3 (001) SrTiO₃ 上的 (LSMO) 纳米颗粒3 (STO)单晶衬底上通过射频（RF）磁控溅射法沉积。LSMO纳米颗粒的直径为10至20 nm，高度在20至50 nm之间。(Gd)Ba2铜3O7−δ (Gd)BCO 薄膜通过射频磁控溅射法在未修饰以及 LSMO 纳米颗粒修饰的 STO 衬底上制备而成。本报告还描述了 GdBa2铜3O7−δ/ 钽0.67Sr0.33MnO3 准双层膜结构（例如， 晶相、形貌、化学成分；还评估了磁化、磁输运和超导输运性质。
引言
空穴掺杂的锰酸盐 La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) 具有宽带隙、半金属性铁磁性以及纠缠的电子态等独特性质，为潜在的自旋电子学应用提供了非凡的机遇1,2,3,4目前，许多研究人员正致力于利用 LSMO 的独特性质来抑制涡旋运动，以应用于高温超导（HTS）薄膜，例如 (RE) Ba2铜3O7−δ 薄膜（REBCO，RE = 稀土元素）5,6,7,8,9,10,11,12
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方案
1. 底物和靶标的制备
注意：本节描述了溅射沉积腔室和单晶 SrTiO3（STO）衬底的准备工作。
- 在射频磁控溅射过程中使用 10 mm x 10 mm 的 SrTiO3 (STO) 单晶衬底。
- 在室温下，将衬底依次在异丙醇和去离子水中各超声清洗 10 分钟，然后用氮气吹干，以确保衬底表面均匀覆盖并获得良好的薄膜附着力。
- 使用银粉导电胶将 (001) 取向的 STO 衬底固定在衬底支架上，并将支架装入真空腔室。
- 将 LSMO 靶材安装至磁控溅射枪中，然后重新组装溅射枪。使用欧姆表检测电阻，以避免磁控管与周围屏蔽层之间发生短路。关闭真空腔室并抽真空。
- 当真空度低于 1 × 10-4 Pa 时，以 15 °C/min 的升温速率将衬底加热至 850 °C，并将靶材与衬底之间的距离设为 8 cm。
- 设定质量流量控制器，使工作气体流量为 10 sccm 的 O 和 5 sccm 的 Ar。生长过程中使用 Ar/O 混合气体，以维持 La0.67Sr0.33MnO3 材料所需的氧阳离子比（3）。
- 沉积前，在 30 W 功率下对 LSMO 靶材预溅射 20 分钟。高功率会导致靶材开裂，而低功率则需要更长时间才能获得清....
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结果
在未修饰和 LSMO 修饰的 STO 衬底上生长的 (Gd)BCO 薄膜厚度均为 500 nm，该厚度由表面轮廓仪测得。薄膜厚度通过溅射时间进行控制。图 1a、b 展示了在 1.0 cm × 1.0 cm 单晶 STO 衬底上生长的 LSMO 纳米颗粒（溅射时间为 10 s）的原子力显微镜（AFM）图像，以证明 LSMO 纳米颗粒在 STO 衬底上均匀生长。薄膜的表面形貌及粗糙度通过轻敲模式原子力显微镜（AFM）进行表征。这些 LSMO 纳米颗粒的直径范围为 10 至 20 nm，高度范围为 20 至 50 nm。通过适当调节沉积参数（如生长温度和靶材-衬底距离），可以获得不同的表面形貌，如图 1c、d 所示。在较低温度（650 °C）下，获得由颗粒和线条组成的混合形貌，如图 1c 所示。此外，较小的靶材-衬底距离（6 cm）会.......
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讨论
本文已证明，该方法可用于在 SrTiO3（STO）单晶衬底上制备分布均匀的 LSMO 铁磁性纳米颗粒。(Gd)BCO 薄膜也可沉积在未修饰及 LSMO 修饰的 STO 衬底上。通过适当调节沉积参数，如生长温度和靶材-衬底距离，该方法还可用于沉积多种磁性和非磁性颗粒或薄膜，例如 CeO2、YSZ（氧化钇稳定氧化锆）24 和 ITO（氧化铟锡）。
该实验方案中的一个关键步骤是LSMO颗粒沉积的溅射时间。在本方案中，需要选择合适的溅射时间。如果溅射时间过长，会形成连续的LSMO薄膜而非纳米颗粒；反之，若溅射时间过短，则LSMO纳米颗粒的密度不足，会影响上层GBCO薄膜的载流能力。对于GBCO薄膜而言，为实现外延生长，必须使用单晶衬底。而在本研究中，LSMO纳米颗粒无需实现外延生长，只需具备较高的密度和适当的尺寸，即可增强上层GBCO超导薄膜的性能。本报告中采用不同的溅射时间来调控LSMO纳米颗粒的形貌。
我们沉积腔室的一个缺.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（No. 51502168；No. 11504227）和上海市自然科学基金（No. 16ZR1413600）的资助。作者衷心感谢上海交通大学分析测试中心和Ma-tek分析实验室提供的专业技术支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 溅射沉积系统 | 沈阳科学仪器股份有限公司 | 定制 | |
| SrTiO3 单晶衬底 | 合肥科晶材料技术有限公司 | 单面外延抛光 | (001)取向 |
| 镧0.67Sr0.33MnO3 溅射靶材 | 合肥科晶材料技术有限公司 | 定制 | 60 mm 直径 |
| GdBa2Cu3O7−δ 溅射靶材 | 合肥科晶材料技术有限公司 | 定制 | 60 mm 直径 |
| 原子力显微镜 | Brüker | 尺寸图标 | |
| X射线衍射仪 | Brüker | D8 发现 | |
| 物理性能测量系统 | Quantum Design | PPMS 9 |
参考文献
- Gong, J., Zheng, D., Li, D., Jin, C., Bai, H. Lattice distortion modified anisotropic magnetoresistance in epitaxial La0.67Sr0.33MnO3 thin films. Journal of Alloys and Compounds. 735, 1152-1157 (2018).
- Wang, J., Han, Z., Bai, J., Luo, B., Chen, C.
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重印与许可
