Engineering

להמחיש Uniaxial-זן מניפולציה של תחומים Antiferromagnetic ב Fe_{1 +}_YTe באמצעות מקוטב-ספין סריקתה מיקרוסקופ מינהור

Published: March 24, 2019 doi: 10.3791/59203

Summary

באמצעות זן uniaxial בשילוב עם ספין-מקוטב מיקרוסקופ מינהור סריקה, אנו לדמיין במבנם antiferromagnetic תחום של Fe_{1 + y}טה, למתחם של האב מבוססות ברזל superconductors.

Abstract

המסע להבין מערכות אלקטרוניות מתואם דחף את גבולות מדידות ניסיוני לקראת הפיתוח של שיטות וטכניקות ניסיוני חדש. כאן נשתמש הרומן בנוי הבית uniaxial-זן מכשיר משולב לתוך הטמפרטורה משתנה מיקרוסקופ מינהור המאפשרת לנו מכאנית ופיקודית לתמרן בתוך המטוס זן uniaxial דגימות, לחקור את תגובתם אלקטרונית את המשקל האטומי סורק. באמצעות סריקת מיקרוסקופ מינהור מנהור עם טכניקות ספין-קיטוב, עלינו לדמיין antiferromagnetic תחומים (AFM) ומבנה האטום שלהם בדגימות Fe_{1 +}_yTe, למתחם של האב מבוססות ברזל superconductors, ו מדגימים כיצד תחומים אלה מגיבים יישומית זן uniaxial. נתבונן הדו-כיווני של AFM תחומים בדוגמת unstrained, עם גודל ממוצע התחום של ~ 50-150 nm, המעבר חזרה מחשבים חד כיווני בודדת בלחץ uniaxial יישומית. הממצאים שהוצגו כאן פתח כיוון חדש כדי לנצל את פרמטר הכוונון יקר ב- STM, כמו גם טכניקות אחרות ספקטרוסקופיות, הן עבור כוונון המאפיינים אלקטרוניים עבור גרימת סימטריה שבירת במערכות גשמי קוונטית.

Introduction

מוליכות-על טמפרטורות גבוהות ב cuprates ו superconductors מבוססות ברזל היא מדינה מרתקת של הקוונטים חומר¹^,². אתגר ההבנה למוליכות-על זה האופי שזורים זה בזה באופן מקומי של המדינות השונות סימטריה שבורה, כגון אלקטרונית nematic ו- smectic שלבים, (לשבור סימטריות הסיבוב והתרגום של הברית אלקטרוניים), עם מוליכות-על³^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷. מניפולציה מכוונת כוונון של מדינות אלה סימטריה שבורה היא מטרת מפתח לקראת הבנה ושליטה מוליכות-.

זן מבוקרת, הן uniaxial והן biaxial, היא טכניקה ומבוססת לכוון הברית אלקטרונית קולקטיבית מעובה מערכות⁸^,⁹^,¹⁰^,¹¹^,¹²^, ¹³^,¹⁴^,¹⁵^,¹⁶^,¹⁷^,¹⁸^,¹⁹^,²⁰^,²¹^, ²². זה כוונון נקי, בלי כניסתה של הפרעה באמצעות סמים כימיים, הוא נפוץ בסוגים שונים של ניסויים לכוון בצובר תכונות אלקטרוניות²³^,²⁴^,²⁵^,²⁶. לדוגמה, לחץ uniaxial הוכיח את יש השפעה עצומה על מוליכות Sr₂RuO₄¹³ ו- cuprates²⁷ וכן על מבנה, מגנטי, ומעברי פאזה nematic של superconductors מבוססות ברזל ¹⁰ ^, ¹⁴ ^, ²⁸ ^, ²⁹ ולא הודגם לאחרונה ב כוונון ארצות טופולוגי של SmB₆²⁴. עם זאת, השימוש של זן טכניקות משטח רגיש, כגון ה-STM וספקטרוסקופיה נפתרה-זווית photoemission (ARPES), כבר מוגבל בתוך תוצרת באתרו סרטים רזה על מצעים תואמים²⁶^,³⁰. האתגר העיקרי עם החלת זן יחיד קריסטלים בניסויים על משטח רגיש הוא בצורך קליב הדגימות מאומצות בואקום על קוליים (UHV). בשנים האחרונות, כיוון חלופי כבר כדי אפוקסי מדגם דק piezo ערימות⁹^,¹⁰^,¹⁸^,³¹ או על צלחות עם המקדמים שונים של הרחבה תרמי¹⁹ ^,³². ובכל זאת בשני המקרים, סדר הגודל של המתח יישומית הוא מוגבל מאוד.

כאן אנחנו מדגימים את השימוש הרומן uniaxial-זן מכנית זה מאפשר לחוקרים זן מדגם (זן compressive) ללא הגבלות והמחש בו-זמנית מבנהו השטח באמצעות ה-STM (ראה איור 1). לדוגמה, אנו משתמשים גבישים יחיד של Fe_{1 +}_yTe, שבו y = 0.10, למתחם של האב superconductors chalcogenide הברזל (y הוא ריכוז עודפי ברזל). להלן T_N = K ~ 60, Fe_{1 +}_yTe מעברים ממצב פאראמגנטיים טמפרטורה גבוהה למצב antiferromagnetic בטמפרטורה נמוכה עם bicollinear פס מגנטי סדר²⁶^,³³ ^,³⁴ (ראה איור 3 א, ב'). המעבר מגנטי נוסף מלווה מעבר מבנית מ הטטרגונלית כדי המונוקלינית²⁶^,³⁵. סדר AFM בתוך המטוס טפסים תחומים detwinned עם המבנה ספין הצבעה לאורך זמן b-כיוון מבנה האורתורומבית³⁴. דמיין את סדר AFM עם ספין-מקוטב STM, אנחנו לחקור את מבנה תחום דו-כיווני בדגימות unstrained Fe_{1 +}_yTe ולבחון את המעבר שלהם לתוך מחשבים גדולה יחיד בלחץ יישומית (ראה התרשים ב- איור 3 ג-E). ניסויים אלה מראים כוונון משטח מוצלחת של הקריסטלים יחיד באמצעות המכשיר uniaxial-זן המובאים כאן, הכמיהה של המדגם, ההדמיה סימולטני של מבנהו משטח עם מיקרוסקופ מינהור סריקה. איור 1 מציג את סכמטית ציורים ותמונות של המכשיר מאמץ מכני.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: הגוף בצורת U עשוי פלדת אל-חלד 416-כיתה, נוקשות, יש מקדם נמוך של הרחבה תרמי (CTE), μm/(m∙°C) ~9.9, לעומת ~17.3 μm/(m∙°C) נירוסטה 304-כיתה.

1. מכנית uniaxial-זן

לנקות את המכשיר בצורת פרסה, את הברגים מיקרומטר (1 – 72 תואם ל- 72 סבבים לאינץ), הדיסקים האביב בלוויל, ואת הבסיס על-ידי sonicating אותם בנפרד באצטון תחילה ולאחר מכן כניסה אלכוהול איזופרופיל, למשך 20 דקות כל אחת, ב sonicator באמבט אולטרא. פעולה זו מסירה את כל הטומאות/חלקיקים. תהליך זה צריך להתבצע בשכונה.
אופים אותם בתנור למשך 15-20 דקות כדי להיפטר שאריות מים וכדי דגה.
באמצעות תער חד, תוך התבוננות תחת מיקרוסקופ אופטי, חותכים Fe_{1 +Y}Te המדגם לגודל, כלומר 1 מ מ x 2 מ"מ x 0.1 מ"מ.
להרכיב את החלקים יחד כפי שמוצג באיור 1C, תחילה בלוח. הפתיחה בפנים U היא 1 מ מ ואת ניתן לכוונן קטן או גדול על-ידי זוג מיקרומטר הברגים הממוקמים בצידי המכשיר.

2. יישום של המתח

ב שני כלים נפרדים, לערבב אפוקסי כסוף (H20E), מוליכים אפוקסי (H74F) לפי ההוראות בגיליון נתונים אפוקסי.
על המכשיר בצורת U, למרוח שכבה דקה של כסף אפוקסי (H20E) כדי ליצור מגע חשמלית לטעון המדגם (בגודל של 1 מ"מ x 2 מ"מ x ~0.1 מ"מ) עם ציר זמן מונחה לאורך הציר-b המדגם Fe_{1 +y}Te , על גבי המכשיר, על פני הפער 1 מ מ, כפי שמוצג באיור 1C. בתנור הסעה, לאפות את המכשיר למשך 15 דקות על 120 מעלות צלזיוס.
לכסות את שני הצדדים של המדגם אפוקסי מוליכים כך המדגם נתמך בחוזקה על המכשיר. אופים במשך 20 דקות ב- 100 מעלות צלזיוס.
1. שימוש במיקרוסקופ אופטי, לבחון את המיקום של המדגם מכל הזוויות לבדיקה יישור מקבילים של צידי הדגימה עם הפער.
2. באופן אופציונלי, המקום דוגמאות בתוך הפער, נאכפת על-ידי אפוקסי H20E ו- H74F (איור 1C).
תחת מיקרוסקופ אופטי, החל זן compressive על-ידי סיבוב הבורג מיקרומטר תוך התבוננות על פני השטח של המדגם.
הערה: כאן אנחנו מוחלים זן 50°, אבל זה יכול להיות שונה בהתאם לכמות של להתאמץ כדי להחיל על המדגם. הלחץ מועבר המדגם על ידי סדרת בלוויל האביב דיסקים. צריך להיות ללא סדקים או כיפוף של המדגם לאחר החלת את הלחץ.
בורג את המכשיר על צלחת הבסיס כפי שמוצג באיור 1B.
1. למרוח שכבה דקה של כסף אפוקסי (H20E) מהצלחת הבסיס על גבי המכשיר בצורת U כדי ליצור קשר חשמלי בין הדגימה את הצלחת. אופים במשך 15 דקות על 120 מעלות צלזיוס. למדוד את מגע חשמלית באמצעות multimeter.
2. באמצעות שכבה דקה של H74F nonconducting אפוקסי, דבק למוצב אלומיניום (באותו גודל המדגם) על המדגם מאומצות, בניצב למישור שהפריד-b. אופים את המכשיר התאספו כעשרים דקות עד האפוקסי הוא נרפא.

3. העברה של המכשיר לראש מיקרוסקופ מינהור סריקה

להעביר את ההתקן מכתימים עם הדגימה ואת ההודעה הטעינה של הריק בטמפרטורה משתנה, על קוליים מיקרוסקופ מינהור, לחדר ניתוח סורק (ראה איור 2 א).
באמצעות מניפולטור של הזרוע, תפסיק עם הפוסט אלומיניום בואקום על קוליים בטמפרטורת החדר, כדי לחשוף את משטח cleaved טרי
להעביר מיד את המכשיר (עם הדגימה מאומצות) באתרו בזוג נוסף של סימולטורי אל התא מיקרוסקופ מינהור סריקה ואל מיקרוסקופ הראש (ראה איור 2B), אשר היה מקורר עד 9 ק' לבצע ניסויים כל-9 K...
לאפשר את הדגימה כדי לקרר לילה לפני ביצוע השלבים הבאים.

4. ביצוע הניסויים STM

הכן את הטיפים Pt-Ir לפני ניסוי על ידי פליטת שדה על משטח Cu (111) ומאז הוא מטופל עם כמה סבבים של התזה, חישול.
באמצעות מתח שהחיל את החומרים פיזואלקטריים במיקרוסקופ בקר חיצוני, להזיז את הבמה הדגימה כדי להתיישר עם הטיפ, לאחר מכן בצע על ידי מתקרב המדגם.
ברגע הקצה הוא כמה Å הרחק מן המדגם ומינהור את הנוכחי רשום על אוסצילוסקופ, לקחת topographs על הטיות setpoint שונות וזרמים setpoint.
הערה: מיקרוסקופ מינהור סריקה נשלטת על-ידי בקר שסופק על-ידי יצרן ותוכנות. עבור הפעולה של המיקרוסקופ, נא לפנות למשתמש ידנית/ההדרכות (http://www.rhk-tech.com/support/tutorials/).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Topographs ה-STM נמדדו מתמדת במצב הנוכחי עם דעה קדומה setpoint של תהליך-12 שהוחלה על הדגימה ועל setpoint של נה הנוכחי של-1.5 שנאסף על הטיפ. טיפים Pt-Ir שימשו כל הניסויים. כדי להשיג STM מקוטב-ספין, הטיפ מיקרוסקופ מינהור סריקה צריך להיות מצופה עם אטומים מגנטי, אשר יכול להיות די מאתגר. במקרה זה של הלומדים Fe_{1 +}_yTe, המדגם עצמו מספק אמצעים פשוטים של השגת את זה. מגהצים עודף (y ב- Fe_{1 +}_yTe) מאוגדים חלש על פני cleaved. סורק את הטיפ על דעה קדומה נמוך ועם גבוה מספיק זרם העולה על כמה nanoamperes מביא את הטיפ והרוגע אלה האטומים Fe, מספר האטומים האלה יכול להיות נטל על ידי עצה³⁶. בשיטה אחרת המניבה טיפ מקוטב-ספין על ידי הירידה המהירה ההפרדה מדגם-טיפ עד נוצר קשר (על המיקום של ריכוז עודפי ברזל) כמו נמדד על ידי רוויה הנוכחי. במהלך התהליך, עודף איירונס בונד על הטיפ. הכנת טיפ מקוטב-ספין מוצלח מתגלה על ידי הניגוד מגנטי על השינוי הטופוגרפי, תקופתיות של מי הוא כפול של הקבוע סריג של טלור העליון אטומים. אפנון נוספים הזה הוא הסדר antiferromagnetic במדגם, כמתואר בהמשך להלן.

איור 4A מראה של 10 ננומטר אטומי טופוגרפית תמונה ברזולוציה_{unstrained Fe 1 +}_yTe גביש יחיד עם nonmagnetic סריקה מינהור מיקרוסקופ טיפ. מבנה האטום ראיתי מקביל האטומים טה, אשר נחשפים לאחר ביקוע המדגם (ראה איור 3 א). התמרת פורייה (FT) של הטופוגרפיה מציג ארבע פסגות חדות בפינות של התמונה לאורך - ו b-כיוונים, q_טה ו _טהq^b, התואמים הפסגות בראג אטומי. הפסגה רחבה מרכזית ב רגל מקביל ארוך באורך הגל inhomogeneity, אשר אינה רלוונטית לצורך המחקר הנוכחי. איור 4C מראה topograph נוסף באותו גודל כמו דמות 4A, שהושג עם טיפ מגנטי. פסים חד כיווני עם תקופתיות של כפול מזה של השבכה לאורך הציר שנצפו. רגל של topograph ראיתי מראה דמות 4D , בנוסף בראג פסגות, זוג חדש של לוויין פסגות ב- Q_AFM1, המקביל חצי momenta שיא בראג וחלל, לכן, פעמיים האמיתי אורך הגל. המבנה החדש תואם סדר פס AFM האטומים Fe מתחת לפני השטח.

על דוגמה unstrained זו, קשה לא לקיים לגבולות תחומים טווין איפה מבנה הגביש עם b-לציר הארוך ואת סדר פס AFM הנלווה סובב ב- 90°. איור 4E מראה של 25 ננומטר מקוטב-ספין topograph של גבול תחום תאום AFM. רגל של התמונה מראה עכשיו שני זוגות של AFM סדר (מודגשים על-ידי חוגים ירוק וצהוב). כל תחום מגנטי תורם זוג אחד בלבד של ה- Q_AFMרגל פסגות ההרים. כדי להמחיש את זה ברור, אנחנו פורייה-מסוננים כל זוג של פסגות AFM ו מטרים נראה בחזרה אל שטח אמיתי. התוצאות מוצגות באיור איור 4GH סימון פס חד כיווני שתי קבוצות המחשבים.

לפיכך, למדנו על מבנה קבוצת המחשבים וגבולות על פני השטח בקנה מידה גדול. איור 5A 6A איור, איור 7 א להציג topographs בקנה מידה גדול שלוש דוגמאות unstrained שונים הנמשכים אזור הכולל של מעט מעל מיקרומטר 0.75 x 0.75 מיקרומטר. מספר קטן יותר בגודלו ב- topographs מוצגים גם להדגיש את מבנה פס. Topographs נלקחים עם רזולוציה מרחבית גבוהה (1024 x 1024 פיקסלים מיקרומטר 0.25²) כדי לאפשר את פורייה הסינון ולהפוך ההופכי פורייה ניתוח בהיקף גדול. תחום מבנים המתאימה ואת גבולות מוצגים באיור 5B 6C איור, איור 7 H. מקצה לקצה, פס לסירוגין מספר תחומים הם נצפו מכסה את אזורי הכולל שווה, כצפוי לדוגמאות האלה unstrained. חשוב לציין כי בקנה מידה גדול זה השטח הוא בסך הכל מאגרי שטוח, אך בכמה חריגות מבניות שונות, כגון פגמים קו (איור 5A) ומדרגות אטומית (איור 7 א), יכול להיות שנצפו. התחומים פס אינם מושפעים סדרים אלו.

מכאן, עברנו המדגם מאומצות. איור 8 מראה topograph בקנה מידה גדול, המתפרסות על-פני אזור הכולל של מיקרומטר ~1.75 x 0.75 מיקרומטר, שהיא יותר מפעמיים האזור הכולל המורחב הדגימות unstrained שמוצג באיור 5 6 איור, איור 7. בניגוד מוחלט, רגל על כל topograph מראה זוג אחד בלבד של פסגות AFM המציין רק מחשבים בודדת על הדוגמא הזאת מאומצות. זה עוד יותר, ניתן לאבחן על ידי ניתוח פורייה-מסוננים: אי המאשרת את התחום פס יחיד על השטח כולו. שוב פעם, סדר פס חד כיווני היא לא להיות מושפע סדרים משטח שונה במדגם זה מאומצות.

איור 1: מכשיר המתח. תיאור סכמטי של המכשיר זן (A). המכשיר בצורת U יש שני מיקרומטר ברגים עבור דחיסה (1) ו- (2) התרחבות של המכשיר הפער באזור. המדגם יכולים להיות מבודד בתוך הפער כמוצג באיור פאנלים A ו- C או על גבי הפער כפי שמוצג באיור לוחות A ו- B. שילוב של H20E ו- H74F אפוקסי חלה על המדגם ולרפא ב 100 מעלות צלזיוס. ברגע האפוקסי על הדגימה נרפאה, הצבה של פני השטח אותו כמו זה של המדגם הוא epoxied על גבי המשטח של המדגם באמצעות H74F. (B) ההתקנה בפועל של המכשיר זן, עם גג תצוגה, מבט מלפנים ו זום-אין של המדגם. המכשיר הוא נדפק כדי בעל מדגם וגולש אל ראש מיקרוסקופ. איש קשר זה נוצר באמצעות אפוקסי מוליך מהמכשיר לשולחן ההנהלה הדגימה. ההעברה של לחץ מופעל באמצעות בורג סדרת בלוויל האביב דיסקים. הלוח האחרון של B מראה המכשיר זן להגדיר, מוכן להעברה אל החדר ניתוח UHV. (ג) חלופה בשיטה הוא צריך מדגם בתוך הפער של המכשיר זן. הפאנלים האמצעית שני של C, מדגם unstrained השני הוא epoxied על המכשיר לצורך סימוכין. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 2: הגדרת מיקרוסקופ מינהור סורק. (א) מינהור סריקה מיקרוסקופ כיוונון. המיקרוסקופ ממוקם חדר אקוסטי, אשר מוגן מרעש תדרי רדיו (RF). (B) בראש מיקרוסקופ עם בעל מדגם חשופות. הטיפ Pt/Ir מוצגת. השלב מדגם ניתן להעביר באמצעות מערך של מפעילים piezo כך המדגם הוא ממש מעל הקצה. (ג) המיקרוסקופ הראש ממוקם בתוך שני מגני קרינה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

_{איור 3: Fe 1 +}_yTe מבנה גבישי. (א) מבנה הגביש שבחסות עם השכבה העליונה מציג האטומים טלור. הקווים המנוקדים אדום חלוקה לרמות את התאים 3 יחידות. (B) A נדל-שטח איור סכמטי של תא יחידה אטומית (הקו האדום מוצק), מבנה מגנטי (קו שחור מוצק) שבחסות. Wavevector מגנטי λ_afmפעמיים המרחק אטומי בין אטומים טה-טה. על האטומים Fe החצים מצביעים על כיווני ספין. (ג) תרשים סכמטי הממחישות את התחומים טווין AFM שכשיש קירור, המעבר מבניים מאוכלוסיה הטטרגונלית כדי המונוקלינית ב ~ 60 עד 70 ק', עם שווה ערך של שתי קבוצות המחשבים. (ד) התגובה של detwinning התהליך, כאשר סכום ניכר של זן זה מוחל לאורך הציר b (חיצים שחורים) עם תחום אחד משופר (אדום), קבוצת המחשבים האחרת הצטמצמו (כחול). (E) A מלא detwinned מחשבים, מה שמשאיר מחשבים בודדת אחת בלבד. (HF–) רגל של המרחב הממשי פאנלים C–E. הפסגות Q_AFM1 מתאימות לתחומים נדל-שטח אדום, הפסגות Q_AFM2 מתאימות לתחומים כחול. השבכה בראג פסגות מסומנים כמו נקודות שחורות בפינות של התמונה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 4: אפנון חד כיווני של_{unstrained Fe 1 +}_yTe. (א) A 10 nm x 10 topograph ננומטר של המבנה האטומי סריג של Fe_{1 +}_yTe עם ניגודיות מגנטי אין. (B) רגל של פאנל A, מציג את בראג פסגות בפינות של התמונות (עיגולים שחורים). (ג) A 10 nm x 10 nm topograph של המבנה מגנטי של Fe_{1 +}_yTe, הנמדד באמצעות טיפ מקוטב-ספין. הפסים חד כיווני על פני הציר שיתאימו פסגות המופיעים ב- Q_AFM1 = q_טה/2 ב רגל, כפי שמוצג בלוח ד'. (E) א 25 * nm x 25 ננומטר תמונה טופוגרפית מעבר גבול תחום תאום. רגל (F) של לוח אלקטרוני, מציג את שתי ערכות של פסגות Q_AFM1 ו- Q_AFM2. טרנספורם פורייה ההופכי (G): (אי) של הפסגות Q_AFM1 מהחלונית F. צבע אדום מקביל עוצמה גבוהה של הפסגות Q_AFM1 . : אי של הפסגות Q_AFM2 מהחלונית F(H). גבול תחום היא נבדלת בבירור הדימויים המוצגים פאנלים G ו- H. ההופכי שיטת סינון פורייה שימש במספרים הבאים כדי לזהות את תחומים שונים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 5: הדמיה תחומים טווין ב_{unstrained Fe 1 +}_yTe. (א) מיקרומטר 0.75 x 0.25 מיקרומטר תמונה טופוגרפית מציג גבולות טווין. הנתונים נרכשה שלוש תמונות הטופוגרפי סמוכים, כל מיקרומטר 0.25 x 0.25 מיקרומטר. (B) שימוש: אי, גבולות התחום ניכרות במובהק. (C–E) זום-in של תמונות המסומנים (X) ותיבת מנוקד בצבע צהוב מוצגים עם תיבות המסומן, מנוקד, צבעוניות מסביב לגבולות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 6: הדמיה תחומים מרובים מ-_{unstrained Fe 1 +}_yTe. (א) מיקרומטר 0.10 x 0.10 מיקרומטר תמונה טופוגרפית של unstrained Fe_{1 +}_yTe. (B) רגל של פאנל A, שמראה פסגות בשני הכיוונים, כלומר Q_AFM1 ו- Q_AFM2. (ג) התמונה: אי של פאנל A, המציין את תחומים שונים. ( Eו-D ) זום-in של המסומן צהוב, כתום-מנוקד - תיבות בלוח א'. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 7: הדמיה תחומים התאום של_{unstrained Fe 1 +}_yTe. (א) תמונות הטופוגרפי משתרע על פני שטח של מיקרומטר 0.75 x 0.5 מיקרומטר. (B–D) קו שמכינים topograph נלקח על-פני השחור, לוח חצים סגולים וירוקים . (E–G) זום-אין של האזורים מסומן בסימני ירוק, חום, צהוב (X) בלוח א'. : אי של פאנל A, מראה על התחומים טווין (H). הקווים מנוקד-לבן הם צעד הקצוות/הגבולות. קבוצות המחשבים לא יושפעו תכונות מבניות אלה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

איור 8: הדמיה תחומים detwinned באזור_{מאומצות Fe 1 +}_yTe. (א) A גדול מיקרומטר 1.750 x 0.50 הטופוגרפיה מיקרומטר המתבצעות מאומצות Fe_{1 +}_yTe מדגם. (B ו- C) מטרים שני הגדולים (0.50 מיקרומטר x 0.50 מיקרומטר) יחיד topographs רכישת על זוג אחד של AFM פסגות בכיוון אחד. תהליך של פורייה- והסינון: אי (D) מוחל על התמונות בפאנל A, אשר מציג רק תחום אחד כצפוי. הקו המנוקד בחלונית D היא צעד אשר אינה משפיעה על התחום חד כיווני. (E) A זום-אין של האזור המסומן בצהוב (X) מציג פסים חד כיווני. (F) A זום-אין פאנל E, גם מראה בבירור את הדרגה חד כיווני מדגם detwinned. (G) רגל של פאנל E. הפסגות AFM מופיעים רק בכיוון אחד, אשר מסכים עם המבנה האמיתי-שטח בלוח אלקטרוני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

כל הפעולות הנדרשות כדי להזיז את הדגימות לתוך פנימה את ה-STM מתבצעות באמצעות ערכות של הזרוע סימולטורי. ה-STM נשמר בטמפרטורות נמוכות על-ידי חנקן נוזלי ו הליום נוזלי, המדגם יירגע במשך לפחות 12 שעות לפני להיות התקרב. דבר זה מאפשר הטמפרטורה ולדגום מיקרוסקופ להגיע שיווי משקל תרמי. כדי לבודד רעש חשמלית, אקוסטית, ה-STM מושם על אקוסטית ובחדר תדר רדיו ממוגן. ראש מיקרוסקופ מושהה נוסף מעיינות ליציבות פלייבק ממוטבת. השלב מדגם יכול להיות מתורגם על ידי מספר מילימטרים המאפשרים גישה לחלקים שונים של הדגימות 1 מ"מ מתוחים.

מאז uniaxial הלחץ הוא הפרמטר כוונון בניסוי המתואר כאן, זה הכרחי כי הלחץ תרמי המופקים לצנן לא מועברים ישירות על המדגם. לשם כך, אנו מעסיקים סדרת בלוויל האביב דיסקים. בעזרת עומס עבודה של הדיסקים האביב בלוויל 67 N, סטיה את עומס העבודה של 50 מיקרומטר, נוכל לחשב את קבוע הקפיץ עבור כל דיסק כמו k = 1.3 x 10⁶ N/m, אשר מניב קבוע קפיץ הכולל של k = 1.625 x 10⁵ N/m f או 4 זוגות של מעיינות בסדרה. פעולה זו מבטיחה את המתח התרמי על הדגימה דרך קירור מבטמפרטורת החדר עד 4 K להיות פחות מ- 0.05% עבור זן יישומית של 1%, לכן זניח. בניסוי, נוכל לסובב את הבורג מיקרומטר מאת 50° המתאים Δx = 50 מיקרומטר. ניתן לחשב את כוח להחיל על הדגימה דרך המעיינות להיות F = kΔx = 8 ש הלחץ הוא לכן p = F/A = 8 N / (0.1 x 10^-6מ'²) = 0.08 ממוצע ציונים. עבור האלסטיות של 70 ללימודים שבחסות³⁷, הלחץ uniaxial יישומית מקבילה לאמץ 0.1%.

אתגר גדול בשילוב המכשירים זן עם ה-STM הוא היישום של זן מבלי לשבור או היכרות עם סדקים במדגם. מבחן ניסויים דוגמאות של Bi-2212, Sr₃₂O Ru₇ו Fe_{1 +}_yTe הראו כי, תלוי בעובי לדוגמה, הדגימות לעמוד זנים של עד % ~0.8%-1.0, המקביל ~ 1 ממוצע ציונים של אפלייד לחץ. . אין סימנים של סדקים על פני השטח מדגם מהן נצפות מתחת למחיר הזה כפי שנראה ויזואלית במיקרוסקופ אופטי. עבודה בעקבות אותם עקרונות הוכיח בהצלחה היישום של ±1% ללחץ Sr₂RuO₄ ⁹_.

ההצלחה של טכניקה זו טמון ביצוע זהיר של היישור הנכון של המדגם על פני פער 1 מ מ יישום של המתח על הדגימה מבלי לשבור או כיפוף זה. שיקול חשוב נוסף הוא תהליך שהפריד, אשר מאפשרת חשיפת משטח שטוח ונקי. זהו תהליך אקראי והוא פועל באופן מיטבי עבור חומרים קליב בקלות. שיקול אחרון הוא בעל קצה חד התשואות ברזולוציה אטומית, יכול לאסוף כמה אטומי ברזל עודף להשגת חדות מגנטי.

לסיכום, ניסויים וניתוח המתוארים כאן בהצלחה להפגין שיתוף שלנו מכשיר המתח עם ה-STM, מתן פרמטר כוונון חדש שניתן בפז במחקר של הזמנות מתחרה במערכות אלקטרון מתואם. היתרון של המכשיר הנוכחי הוא המגוון הרחב של חיוביות ושליליות על המתח ניתן להחיל על המדגם. הפגנה זו עשוי להשפיע ניסויים ספקטרוסקופיות אחרים כגון ARPES.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

המחברים אין לחשוף.

Acknowledgments

שליחויות מודה תמיכה מ ארה ב הלאומית למדע קרן (NSF) הקריירה תחת פרס לא. DMR-1654482. סינתזה של חומרים בוצע עם התמיכה של המענק ומרכז המדע הלאומית הפולנית לא 2011/01/B/ST3/00425.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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. 518, 179-186 (2015).
Anderson, P. W. Physics: The opening to complexity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 92 (15), 6653-6654 (1995).
Dagotto, E. Complexity in strongly correlated electronic systems. Science. 309, 257-262 (2005).
Davis, J. S., Lee, D. -H. Concepts relating magnetic interactions, intertwined electronic orders, and strongly correlated superconductivity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (44), 17623-17630 (2013).
Fernandes, R., Chubukov, A., Schmalian, J. What drives nematic order in iron-based superconductors. Nature Physics. 10 (2), 97 (2014).
Fradkin, E., Kivelson, S. A., Tranquada, J. M. Colloquium: Theory of intertwined orders in high temperature superconductors. Reviews of Modern Physics. 87 (2), 457 (2015).
Stillwell, E., Skove, M., Davis, J. Two “Whisker” Straining Devices Suitable for Low Temperatures. Review of Scientific Instruments. 39 (2), 155-157 (1968).
Shayegan, M., et al. Low-temperature, in situ tunable, uniaxial stress measurements in semiconductors using a piezoelectric actuator. Applied Physics Letters. 83 (25), 5235-5237 (2003).
Chu, J. -H., Kuo, H. -H., Analytis, J. G., Fisher, I. R. Divergent nematic susceptibility in an iron arsenide superconductor. Science. 337 (6095), 710-712 (2012).
Song, Y., et al. Uniaxial pressure effect on structural and magnetic phase transitions in NaFeAs and its comparison with as-grown and annealed BaFe2As2. Physical Review B. 87 (18), 184511 (2013).
Allan, M. P., et al. Anisotropic impurity states, quasiparticle scattering and nematic transport in underdoped Ca(Fe1−xCox)2As2. Nature Physics. 9 (4), 220-224 (2013).
Hicks, C. W., et al. Strong increase of Tc of Sr2RuO4 under both tensile and compressive strain. Science. 344 (6181), 283-285 (2014).
Hicks, C. W., Barber, M. E., Edkins, S. D., Brodsky, D. O., Mackenzie, A. P. Piezoelectric-based apparatus for strain tuning. Review of Scientific Instruments. 85 (6), 065003 (2014).
Gannon, L., et al. A device for the application of uniaxial strain to single crystal samples for use in synchrotron radiation experiments. Review of Scientific Instruments. 86 (10), 103904 (2015).
Kretzschmar, F., et al. Critical spin fluctuations and the origin of nematic order in Ba(Fe1−xCox)2As 2. Nature Physics. 12 (6), 560 (2016).
Steppke, A., et al. Strong peak in T c of Sr2RuO4 under uniaxial pressure. Science. 355 (6321), 133 (2017).
Yim, C. M., et al. Discovery of a strain-stabilised smectic electronic order in LiFeAs. Nature Communications. 9 (1), 2602 (2018).
Gao, S., et al. Atomic-scale strain manipulation of a charge density wave. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (27), 6986-6990 (2018).
Jiang, J., et al. Distinct in-plane resistivity anisotropy in a detwinned FeTe single crystal: Evidence for a Hund's metal. Physical Review B. 88 (11), 115130 (2013).
Zhang, Y., et al. Symmetry breaking via orbital-dependent reconstruction of electronic structure in detwinned NaFeAs. Physical Review B. 85 (8), 085121 (2012).
Watson, M. D., Haghighirad, A. A., Rhodes, L. C., Hoesch, M., Kim, T. K. Electronic anisotropies revealed by detwinned angle-resolved photo-emission spectroscopy measurements of FeSe. New Journal of Physics. 19 (10), 103021 (2017).
Iida, K., et al. Strong T c dependence for strained epitaxial Ba(Fe1-xCox)2As2 thin films. Applied Physics Letters. 95 (19), 192501 (2009).
Stern, A., Dzero, M., Galitski, V., Fisk, Z., Xia, J. Surface-dominated conduction up to 240 K in the Kondo insulator SmB 6 under strain. Nature Materials. 16 (7), 708-711 (2017).
Iida, K., et al. Hall-plot of the phase diagram for Ba(Fe1−xCox)2As2. Scientific Reports. 6, 28390 (2016).
Hänke, T., et al. Reorientation of the diagonal double-stripe spin structure at Fe1+yTe bulk and thin-film surfaces. Nature Communications. 8, 13939 (2017).
Takeshita, N., Sasagawa, T., Sugioka, T., Tokura, Y., Takagi, H. J. Gigantic anisotropic uniaxial pressure effect on superconductivity within the CuO2 plane of La1.64Eu0.2Sr0.16CuO4: Strain control of stripe criticality. Journal of the Physical Society of Japan. 73 (5), 1123-1126 (2004).
Kuo, H. -H., Shapiro, M. C., Riggs, S. C., Fisher, I. R. Measurement of the elastoresistivity coefficients of the underdoped iron arsenide Ba(Fe0.975Co0.025)2As2. Physical Review B. 88 (8), 085113 (2013).
He, M., et al. Dichotomy between in-plane magnetic susceptibility and resistivity anisotropies in extremely strained BaFe2As2. Nature Communications. 8 (1), 504 (2017).
Engelmann, J., et al. Strain induced superconductivity in the parent compound BaFe2As2. Nature Communications. 4 (2877), 2877 (2013).
Berger, A. D. N., et al. Temperature Driven Topological Switch in 1T’-MoTe2 and Strain Induced Nematicity in NaFeAs. , Columbia University. Doctoral dissertation (2018).
Böhmer, A., et al. Effect of biaxial strain on the phase transitions of Ca(Fe1−xCox)2As2. Physical Review Letters. 118 (10), 107002 (2017).
Bao, W., et al. Tunable (δ π, δ π)-type antiferromagnetic order in α-Fe(Te,Se) superconductors. Physical Review Letters. 102 (24), 247001 (2009).
Koz, C., Rößler, S., Tsirlin, A. A., Wirth, S., Schwarz, U. Low-temperature phase diagram of Fe1+yTe studied using x-ray diffraction. Physical Review B. 88 (9), 094509 (2013).
Enayat, M., et al. Real-space imaging of the atomic-scale magnetic structure of Fe1+yTe. Science. 345 (6197), 653-656 (2014).
Singh, U. R., Aluru, R., Liu, Y., Lin, C., Wahl, P. Preparation of magnetic tips for spin-polarized scanning tunneling microscopy on Fe1+yTe. Physical Review B. 91 (16), 161111 (2015).
Chandra, S., Islam, A. K. M. A. Elastic and electronic properties of PbO-type FeSe1-xTex (x= 0-1.0): A first-principles study. ArXiv preprint. , arXiv:1008.1448 (2010).

Engineering

להמחיש Uniaxial-זן מניפולציה של תחומים Antiferromagnetic ב Fe_{1 +}_YTe באמצעות מקוטב-ספין סריקתה מיקרוסקופ מינהור

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgments

Materials

References

Tags

Cite this Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Representative Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgments

Materials

References

Tags

Cite this Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.