通过结合单轴应变与自旋极化扫描隧道显微镜，我们实现了对铁基超导体母体化合物Fe1+yTe反铁磁畴结构的可视化与调控。
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本文内容
摘要
摘要
理解关联电子体系的研究推动了实验测量技术的前沿发展，促使新型实验技术和方法不断涌现。本文中，我们采用一种新型自制的单轴应变装置，并将其集成到可变温度扫描隧道显微镜中，从而能够在原子尺度上对样品施加可控的面内单轴应变，并探测其电子响应。结合自旋极化技术的扫描隧道显微镜（STM），我们在铁基超导体母体材料Fe1+yTe样品中直接观测到反铁磁（AFM）畴及其原子结构，并展示了这些磁畴在施加单轴应变下的响应行为。我们发现，在未施加应变的样品中存在双向反铁磁畴，平均畴尺寸约为50–150 nm；而在施加单轴应变后，这些畴转变为单一的单向磁畴。本研究结果为在扫描隧道显微镜及其他谱学技术中引入一个有效的调控参数开辟了新方向，该参数既可用于调节量子材料体系的电子性质，也可用于诱导对称性破缺。
引言
铜基和铁基超导体中的高温超导性是一种引人入胜的量子物态1,2。理解超导性的一个主要挑战在于各种对称性破缺态（如打破电子态旋转对称性和平移对称性的电子向列相和层状相）与超导性之间存在局域的交织关系3,4,5,6,7。对这些对称性破缺态进行调控和有目的地调谐，是理解和控制超导性的关键目标。
可控应变，包括单轴和双轴应变，是一种成熟的调控凝聚态体系中集体电子态的技术8,9,10,11,12,13,....
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方案
注意：U 形部件由 416 级不锈钢制成，其刚性高且热膨胀系数（CTE）较低，约为 9.9 μm/(m∙°C)，相比之下，304 级不锈钢的热膨胀系数约为 17.3 μm/(m∙°C)。
1. 机械单轴应变装置
- 将U形装置、微米螺钉（1–72对应每英寸72转）、贝氏弹簧垫片和底板分别在丙酮中超声清洗20分钟，然后在异丙醇中再超声清洗20分钟，使用超声波清洗仪进行操作。此步骤可去除任何杂质或颗粒。该过程应在通风橱中进行。
- 将上述部件放入烘箱中烘烤15–20分钟，以去除残留水分并实现脱气。
- 在光学显微镜下观察，使用锋利的剃刀将Fe1+YTe样品切割至所需尺寸，即1 mm × 2 mm × 0.1 mm。
- 按照图1C第一面板所示，将各部件组装在一起。U形区域内的开口为1 mm，可通过装置两侧的微米螺钉调节开口大小。
2. 施加应变
- 在两个不同的器皿中，根据环氧树脂数据表上的说明，分别混合银环氧树脂（H20E）和非导电环氧树脂（H74F）。
- 在U形装置上，涂抹一层薄薄的银环氧树脂（H20E）以形成电接触，并将样品（尺寸约为1 mm × 2 mm × ~0.1 mm）安装在装置顶部，使其长轴沿....
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结果
STM 图像在恒定电流模式下测量，样品施加的设定偏压为 -12 meV，探针收集的设定电流为 -1.5 nA。所有实验均使用 Pt-Ir 探针。为实现自旋极化 STM，扫描隧道显微镜探针必须镀上磁性原子，这在实际操作中可能具有较大挑战性。在研究 Fe1+yTe 时，样品本身提供了一种简便的实现方法。过量的铁原子（Fe1+yTe 中的 y）在解理表面上结合较弱。当以低偏压和足够高的电流（超过几纳安）扫描探针时，探针会非常接近这些 Fe 原子，并可拾取其中少量原子36。另一种获得自旋极化探针的方法是快速减小样品与探针之间的距离，直至发生接触（在过量铁原子富集的位置），以饱和电流作为接触的判据。在此过程中，过量的铁原子会键合到探针上。自旋极化探针制备成功的标志是形貌图中出现磁性对比，其周期为顶层碲原子晶格常数的两倍。这种额外的调制即为样品中的反铁磁序，下文将进一步讨论。
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讨论
将样品移入扫描隧道显微镜（STM）内部以及在其中进行操作，均通过一系列机械臂操纵器完成。STM通过液氮和液氦维持低温环境，样品在接近显微镜前需至少冷却12小时，以确保样品与显微镜的温度达到热平衡。为隔离电噪声和声学噪声，STM被安置在声学和射频屏蔽室内。显微镜头部进一步通过弹簧悬挂，以实现仪器稳定性的最优化。样品台可移动数毫米，从而能够对1 mm的应变样品的不同区域进行检测。
由于本实验中单轴压力是调节参数，因此必须确保从降温过程中产生的热应力不会直接传递到样品上。为此，我们采用了一系列贝尔维尔弹簧垫片。根据贝尔维尔弹簧垫片的工作载荷为67 N，工作载荷下的挠度为50 µm，可计算出每个垫片的弹簧常数为 k = 1.3 × 106 N/m，因此4对弹簧串联后的总弹簧常数为 k = 1.625 × 105 N/m。这可确保在从室温冷却至4 K时，样品所受的热应力在施加1%应变的情况下低于0.05%，因而可忽略不计。在实验中，我们将微米螺钉旋转50°，对应位移Δx = 50 µm。通过弹簧.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
P.A. 感谢美国国家科学基金会（NSF）CAREER 项目（项目编号：DMR-1654482）的支持。材料合成工作得到了波兰国家科学中心资助项目（项目编号：2011/01/B/ST3/00425）的支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 贝尔维尔弹簧垫圈 | McMaster Carr | ||
| Fe(1.1)Te | 单晶 | ||
| H20E | Epoxy Technology | ||
| H74F | Epoxy Technology | ||
| 千分尺螺钉 | McMaster Carr | ||
| 不锈钢板（416） | McMaster Carr |
参考文献
- Paglione, J., Greene, R. L. High-temperature superconductivity in iron-based materials. Nature Physics. 6 (9), 645(2010).
- Keimer, B., Kivelson, S. A., Norman, M. R., Uchida, S., Zaanen, J. From quantum matter to high-temperature superconductivity in copper oxides. Nature.
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