Waiting
Traitement de la connexion…

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Engineering

Visualizing monoassiale-ceppo manipolazione dei domini antiferromagnetici in Fe1 +YTe utilizzando una scansione polarizzata in Spin Tunneling microscopio

Published: March 24, 2019 doi: 10.3791/59203

Summary

Uso sforzo monoassiale combinato con microscopio a effetto tunnel polarizzata in spin scansione, abbiamo visualizzare e manipolare la struttura di dominio antiferromagnetico del Fe1 + yTe, il residuo del genitore di superconduttori a base di ferro.

Abstract

La ricerca per comprendere i sistemi elettronici correlati ha spinto le frontiere della misure sperimentali verso lo sviluppo di nuove tecniche sperimentali e metodologie. Qui usiamo un romanzo autocostruite monoassiale-ceppo dispositivo integrato nella nostra temperatura variabile microscopio che ci permette controllably manipolare in piano deformazione uniassiale in campioni e loro risposta elettronica su scala atomica della sonda di scansione. Utilizzando la microscopia a scansione (STM) con tecniche di polarizzazione di spin, visualizziamo antiferromagnetico (AFM) domini e loro struttura atomica in Fe1 +yTe campioni, il residuo del genitore di superconduttori a base di ferro, e dimostrare come questi domini rispondono a sforzo monoassiale applicato. Osserviamo il bidirezionale domini AFM nel campione unstrained, con una dimensione media dominio di ~ 50-150 nm, per la transizione in un unico dominio unidirezionale sotto sforzo monoassiale applicato. I risultati presentati qui aprire una nuova direzione per utilizzare un parametro prezioso in STM, come pure altre tecniche spettroscopiche, sia per l'ottimizzazione delle proprietà elettroniche per quanto riguarda l'induzione della rottura di simmetria in materiale sistemi quantistici.

Introduction

Superconduttività ad alta temperatura in cuprati e superconduttori a base di ferro è un stato intrigante di quantum materia1,2. Una sfida importante nella superconduttività di comprensione è la natura localmente intrecciata di vari Stati di rotture di simmetria, come elettronici nematici e smettiche fasi (che si rompono simmetrie rotazionali e traslazionali degli stati elettronici), con superconduttività3,4,5,6,7. Manipolazione e deliberata messa a punto di questi stati di rotture di simmetria è un obiettivo chiave verso la comprensione e il controllo di superconduttività.

Deformazione controllata, sia monoasse e biasse, è una tecnica affermata per l'ottimizzazione degli stati elettronici collettivi in materia condensata sistemi8,9,10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Questo tuning pulito, senza l'introduzione di disturbo tramite drogaggio chimico, è comunemente usato in vari tipi di esperimenti per ottimizzare la massa proprietà elettroniche23,24,25,26 . Ad esempio, pressione uniassiale ha dimostrato di avere un effetto immenso sulla superconduttività Sr2RuO413 e cuprati27 e strutturale, magnetico e transizioni di fase nematica dei superconduttori a base di ferro 10 , 14 , 28 , 29 e recentemente è stata dimostrata in sintonia gli stati topologici di SmB624. Tuttavia, l'uso del ceppo nelle tecniche di superficie sensibile, ad esempio STM e spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES), è stato limitato a in situ-cresciuta film sottili su substrati non corrispondenti26,30. La grande sfida con l'applicazione di ceppo a cristalli singoli negli esperimenti di superficie sensibile è la necessità di fendere i campioni tesi nel vuoto ultraelevato (UHV). Negli ultimi anni, una direzione alternativa è stato quello di un campione sottile su piezo pile9,10,18,31 o sulle piastre con diversi coefficienti di dilatazione termica19 a resina epossidica ,32. Ancora in entrambi i casi, la grandezza dello sforzo applicato è piuttosto limitata.

Qui dimostriamo che l'uso di un nuovo dispositivo monoassiale-deformazione meccanico che permette ai ricercatori di colare un campione (deformazione compressiva) senza vincoli e visualizzare simultaneamente la sua struttura superficiale utilizzando STM (Vedi Figura 1). Ad esempio, usiamo monocristalli di Fe1 +yTe, dove y = 0,10, il residuo del genitore di superconduttori di chalcogenide il ferro (y è la concentrazione di ferro in eccesso). Sotto TN = ~ 60K, Fe1 +yTe le transizioni da uno stato paramagnetico ad alta temperatura in uno stato di antiferromagnetico a bassa temperatura con un bicollinear della banda magnetica ordine26,33 ,34 (Vedi Figura 3A, B). La transizione magnetica è inoltre accompagnata da una transizione strutturale da tetragonale a monoclina26,35. L'ordine AFM in piano forma detwinned domini con la struttura di spin che punta lungo lungo la struttura ortorombica34b-direzione. Visualizzando l'ordine AFM con STM polarizzata in spin, abbiamo la struttura di dominio bidirezionale inunstrained Fe 1 +yTe campioni della sonda e osservare la loro transizione verso un singolo dominio di grandi dimensioni sotto sforzo applicato (vedere lo schema elettrico in Figura 3C-E). Questi esperimenti mostrano il successo superficiale tuning dei monocristalli utilizzando il dispositivo di deformazione uniassiale presentato qui, la scissione del campione e la formazione immagine simultanea della sua struttura superficiale con il microscopio a effetto tunnel. La figura 1 Mostra le illustrazioni schematiche e immagini del dispositivo sollecitazioni meccaniche.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Nota: Il corpo a forma di U è fatto di acciaio inossidabile 416-grado, che è rigida e ha un basso coefficiente di espansione termica (CTE), ~9.9 μm/(m∙°C), rispetto ai ~17.3 μm/(m∙°C) per acciaio inox 304.

1. meccanica trazione monoassiale

  1. Pulire il dispositivo a forma di U, le viti micrometriche (1 – 72 corrispondente a 72 giri per pollice), i dischi di primavera di Belleville e la piastra di base di sonicating separatamente in acetone prima e poi in isopropanolo, per 20 minuti ciascuno, in un sonicatore bagno ad ultrasuoni. Questa operazione rimuove qualsiasi impurità/particelle. Questo processo deve essere effettuato nella cappa.
  2. Cuocere in forno per 15-20 min per sbarazzarsi di eventuali residui d'acqua e di degas.
  3. Utilizzando una lama di rasoio affilata, mentre osserva sotto un microscopio ottico, taglia il campione Fe1 +YTe a misura, vale a dire 1 x 2 x 0,1 mm.
  4. Assemblare le parti come illustrato nella Figura 1, il primo pannello. L'apertura all'interno la U è 1 mm e può essere sintonizzato più piccolo o grande da una coppia di viti micrometriche situate sui lati del dispositivo.

2. applicazione del ceppo

  1. In due piatti separati, miscela epossidica argento (H20E) e resina epossidica non conduttivo (H74F) secondo le istruzioni riportate sulla scheda di dati di resina epossidica.
  2. Sul dispositivo a forma di U, applicare un sottile strato di resina epossidica argento (H20E) per creare il contatto elettrico e inserire il campione (di una grandezza di 1 x 2 mm x ~0.1 mm) con l'asse lungo orientato lungo l'asse b del campione Fe1 +yTe , sopra il dispositivo, attraverso il gap di 1 mm, come mostrato in Figura 1. In un forno a convezione, cuocere il dispositivo per 15 min a 120 ° C.
  3. Coprire i due lati del campione con la resina epossidica non conduttivo in modo che il campione è solidamente appoggiato sul dispositivo. Cuocere in forno per 20 min a 100 ° C.
    1. Utilizzando un microscopio ottico, esaminare la posizione del campione da tutte le angolazioni per controllare un allineamento parallelo dei lati del campione con il divario.
    2. Facoltativamente, posto campioni entro il divario e applicato dai H20E e H74F a resina epossidica (Figura 1).
  4. Sotto un microscopio ottico, è necessario applicare alla compressione deformazione ruotando la vite micrometrica osservando la superficie del campione.
    Nota: Qui abbiamo applicato un ceppo di 50°, ma questo può essere modificato a seconda della quantità di sforzo da applicare al campione. La pressione è trasmesso al campione da una serie di dischi molla Belleville. Ci dovrebbe essere nessun crepe o piegatura del campione dopo la pressione viene applicata.
  5. Avvitare il dispositivo sulla piastra di base, come mostrato in Figura 1B.
    1. Applicare un sottile strato di resina epossidica argento (H20E) dalla piastra di base sul dispositivo a forma di U per creare il contatto elettrico tra il campione e la piastra. Cuocere in forno per 15 min a 120 ° C. Misurare il contatto elettrico utilizzando un multimetro.
    2. Utilizzando un sottile strato di resina epossidica estraendola H74F, colla un post di alluminio (le stesse dimensioni del campione) sul campione filtrato, perpendicolare al piano che fende a-b. Cuocere il dispositivo assemblato per 20 minuti fino a quando la resina epossidica è guarita.

3. trasferimento del dispositivo per la scansione tunneling testa del microscopio

  1. Trasferire il dispositivo colorazione con il campione e il post attraverso il bacino di caricamento del vuoto variabile-temperatura, ultraelevato scansione microscopio, alla camera di analisi (Vedi Figura 2A).
  2. Utilizzando un manipolatore di braccio, staccare il post di alluminio nel vuoto ultraelevato a temperatura ambiente, per esporre una superficie appena spaccata.
  3. Trasferire immediatamente il dispositivo (con il campione sforzato) in situ con un altro set di manipolatori alla scansione Camera microscopio tunneling e alla testa del microscopio (Vedi Figura 2B), che è stata raffreddata fino a K. 9 eseguire tutti gli esperimenti a K. 9
  4. Lasciare il campione per rinfrescarsi durante la notte prima di eseguire i passaggi successivi.

4. svolgimento degli esperimenti STM

  1. Preparare le punte di Pt-Ir prima di ogni esperimento di emissione di campo su una superficie di Cu (111) che è stata trattata con diversi cicli di sputtering e ricottura.
  2. Usando la tensione applicata ai materiali piezoelettrici al microscopio di un controller esterno, spostare il palco campione per allinearsi con la punta, seguire poi avvicinandosi il campione.
  3. Una volta che la punta è pochi Å lontano dall'esempio e il tunneling corrente è registrato sull'oscilloscopio, topografi di prendere al setpoint diversi pregiudizi e correnti di setpoint.
    Nota: Il microscopio a effetto tunnel è controllato da software e il controller fornito dal produttore. Per il funzionamento del microscopio, consultare il manuale utente/tutorial (http://www.rhk-tech.com/support/tutorials/).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Topografi STM sono stati misurati in modalità di corrente costante con un bias di setpoint-12 MeV applicato al campione e un valore nominale corrente di -1.5 nA raccolti sulla punta. Consigli di Pt-Ir sono stati utilizzati in tutti gli esperimenti. Per raggiungere STM polarizzata in spin, il tunneling punta microscopio a scansione deve essere rivestita con atomi magnetici, che può essere molto impegnativo. In questo caso di studio Fe1 +yTe, il campione stesso fornisce un semplice mezzo di raggiungere tale obiettivo. Il ferro in eccesso (y in Fe1 +yTe) è debolmente legati sulla superficie spaccata. Scansione la punta a un bias basso e con un alto abbastanza corrente superiore a pochi nanoamperes porta la punta in prossimità di questi atomi di Fe e alcuni di quegli atomi possono essere raccolti dal suggerimento36. L'altro metodo che restituisce un suggerimento polarizzata in spin è tramite la rapida diminuzione della separazione punta-campione fino a quando avviene il contatto (sulla posizione della concentrazione di ferro in eccesso) come misurato da una corrente di saturazione. Durante il processo, l'eccesso ferri legame verso la punta. La corretta preparazione di un suggerimento polarizzata in spin è rivelata dal contrasto magnetico nella topografia, cui periodicità è due volte che la costante di reticolo di atomi di tellurio superiore. Questa modulazione supplementare è l'ordine antiferromagnetico nel campione, come discusso più ulteriormente sotto.

Figura 4A Mostra un'immagine topografica di 10 nm risoluzione atomica su un unstrained Fe1 +ysingolo cristallo di Te con una punta di microscopio tunneling scansione amagnetico. La struttura atomica vista corrisponde agli atomi di Te, che sono esposte dopo il campione di sfaldatura (Vedi Figura 3A). La trasformata di Fourier (FT) della topografia Mostra quattro picchi aguzzi agli angoli dell'immagine lungo la a - e b-indicazioni, etichettati qTeun e qTeb, che corrispondono alle vette di Bragg atomiche. Vasto picco centrale in FT corrisponde alla lunghezza d'onda disomogeneità, che non è rilevante per lo studio corrente. Figura 4 Mostra un altro topograph delle stesse dimensioni come in Figura 4A, ottenuta con una punta magnetica. Si osservano strisce unidirezionale con una periodicità di due volte quello del reticolo lungo l'asse a. Il FT di topograph visto in Figura 4 spettacoli, oltre a Bragg picchi, un nuovo paio di picchi satellitare a QAFM1, corrispondente a metà i momenti di picco di Bragg e, di conseguenza, due volte il reale spazio lunghezza d'onda. La nuova struttura corrisponde all'AFM striscia ordine degli atomi Fe appena sotto la superficie.

Su questo campione unstrained, non è difficile osservare i limiti del dominio doppia dove la struttura di cristallo con il b-asse lungo e allegata sentenza striscia AFM ruota di 90°. 4E figura viene illustrato un topograph di polarizzata in spin di 25 nm di limite di un dominio di doppia AFM. Il FT dell'immagine mostra ora due paia di ordine AFM (evidenziato da cerchi verde e gialli). Ogni dominio magnetico contribuisce a solo un paio di QAFM picchi in FT. Per visualizzare questo chiaramente, abbiamo Fourier-filtrata ogni coppia di picchi AFM e FT inversed torna a spazio reale. I risultati sono mostrati in Figura 4H evidenziando i due domini di banda unidirezionale.

Quindi, abbiamo studiato la struttura del dominio e i confini sulla superficie su larga scala. Figura 5A, Figura 6Ae 7A figura è possibile visualizzare su grande scala topografi su tre diversi campioni unstrained si estende per un'area totale di leggermente oltre 0,75 µm x 0,75 µm. Parecchie più piccole ingrandita topografi sono indicate anche per evidenziare la struttura della banda. I topografi sono scattate con un'elevata risoluzione spaziale (1024 x 1024 pixel per 0,25 µm2) per consentire il filtraggio di Fourier e trasformata di Fourier inversa trasformare analisi su larga scala. Le corrispondenti strutture di dominio e i limiti vengono visualizzati in figura 5B, Figura 6e Figura 7 H. Nel complesso, striscia alternati diversi domini sono osservate che coprono le aree nel complesso uguale, come previsto per questi campioni fognari non grigliati. È importante notare che questa grande scala la superficie complessiva è atomicamente piatta, ancora qualche irregolarità strutturali differenti, quali difetti di linea (Figura 5A) e passaggi atomici (figura 7A), può essere osservata. I domini di striscia non sono interessati da tali irregolarità.

Da qui, ci siamo spostati al campione sforzato. Figura 8 Mostra un topograph su larga scala, che coprono un'area totale di ~1.75 µm x 0,75 µm, che è più di due volte la superficie totale misurato nei campioni unstrained illustrati nella Figura 5e Figura 6 Figura 7. In netto contrasto, la FT per ogni topograph Mostra solo un paio di picchi AFM che indica solo un singolo dominio su questo campione sforzato. Questo ulteriore può essere visualizzato mediante l'analisi di Fourier-filtrata iFT confermando il dominio singola striscia su tutta l'area. Ancora una volta, l'ordine unidirezionale striscia non deve essere influenzata dalle irregolarità superficiali differenti in questo esempio sforzata.

Figure 1
Figura 1: dispositivo di ceppo. (A) schema del dispositivo ceppo. Il dispositivo a forma di U ha due micrometro zona di gap di viti per la compressione (1) e (2) espansione del dispositivo. Il campione può essere confinato all'interno dell'intercapedine come mostrato in figura pannelli A e C o sopra il divario come mostrato in figura pannelli A e B. Una combinazione di resine epossidiche H20E e H74F sono applicate al campione e curata a 100 ° C. Una volta che la resina epossidica sul campione è guarita, un post di circa la stessa superficie come quella del campione è incollato con resina epossidica sulla superficie del campione utilizzando H74F. (B) l'installazione effettiva del dispositivo ceppo, con un top vista, vista frontale e uno zoom-in del campione. Il dispositivo è avvitato un portacampioni che scorre per la testa del microscopio. Un contatto viene creato utilizzando resina epossidica conduttrice dal dispositivo al piatto del campione. Il trasferimento di pressione è attivato mediante una vite e una serie di dischi molla Belleville. L'ultimo pannello della B Mostra il dispositivo di ceppo istituito, pronto per essere spostato nella camera di analisi UHV. (C), un'alternativa consiste nell'avere un campione all'interno dell'intercapedine del dispositivo ceppo. Nei due pannelli di C, un secondo campione unstrained è incollato con resina epossidica sul dispositivo per riferimento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 2
Figura 2: Scanning tunneling installazione microscopio. Programma di installazione di (A) il tunneling scansione microscopio. Il microscopio è collocato in una camera acustica, che è al riparo dai rumori della radio-frequenza (RF). (B) la testa del microscopio con un portacampioni nuda. Il suggerimento di Pt/Ir è visibile. La fase del campione può essere spostata da un insieme di azionatori piezo-elettrici affinché il campione è proprio sopra la punta. Testa (C), il microscopio è posizionata all'interno di due schermi di radiazione. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 3
Figura 3: Fe1 +ystruttura di cristallo di Te. (A) la struttura di cristallo di FeTe con lo strato superiore mostrando gli atomi di tellurio. Le linee tratteggiate rosse delineare le cellule di tre unità. (B) una illustrazione schematica di reale-spazio della cella unità atomica (linea tinta rossa) e struttura magnetica (linea nera continua) di FeTe. La wavevector magnetica λafm è due volte la distanza atomica tra atomi di Te-Te. Le frecce sugli atomi Fe indicano gli orientamenti di spin. (C) diagramma schematico che illustra i domini singoli AFM che si formano quando il raffreddamento, attraverso la transizione strutturale da popolazione tetragonale a monoclina a ~ 60 a 70 K, con un'uguale dei due domini. (D), la risposta della detwinning processo, quando una quantità apprezzabile di sforzo è applicata lungo l'asse b (frecce nere) con un dominio migliorato (rosso) e l'altro dominio diminuita (blu). (E), A completo dominio detwinned, che lascia solo un singolo dominio. (FH) Il FT dello spazio reale in pannelli CE. I picchi di QAFM1 corrispondono ai domini del reale-spazio rossi, e i picchi di QAFM2 corrispondono ai domini blu. Il reticolo di Bragg picchi sono denotati come puntini neri agli angoli dell'immagine. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 4
Figura 4: Modulazione unidirezionale da unstrained Fe1 +yTe. Topograph nm (A) A 10 nm x 10 della struttura atomica del reticolo del Fe1 +yTe senza contrasto magnetico. (B) il FT del pannello A, mostrando il Bragg picchi negli angoli delle immagini (cerchi neri). (C) A 10 nm, x 10 nm topograph della struttura magnetica di Fe1 +yTe, misurata utilizzando una punta polarizzata in spin. Le strisce unidirezionale attraverso l'a-asse corrispondono ai picchi che compare alla QAFM1 = qTeun2 in FT, come mostrato nel pannello D. (E) A 25 nm x 25 immagine topografica di nm attraverso un limite di dominio separati. FT (F) del pannello E, mostrando i due insiemi di cime QAFM1 e QAFM2. (G) inversa di Fourier (iFT) delle cime QAFM1 dal pannello F. Il colore rosso corrisponde al alta intensità dei picchi QAFM1 . (H) iFT delle cime QAFM2 dal pannello F. Il limite del dominio è chiaramente distinto dalle immagini riportate nei pannelli G e H. Il metodo di filtraggio di trasformata di Fourier inversa è stato utilizzato nelle figure successive per identificare i diversi domini. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 5
Figura 5: Imaging domini separati in unstrained Fe1 +yTe. (A) un 0,75 µm x 0,25 µm immagine topografica mostrando i confini separati. I dati è stati acquisiti in tre immagini topografiche adiacenti, ogni 0,25 µm x 0,25 µm. (B) Using iFT, i limiti del dominio sono chiaramente evidenti. (CE) Zoom-ins delle immagini contrassegnati con una (X) e una casella punteggiata di colore giallo sono mostrati con caselle evidenziate, punteggiati, colorate intorno i confini. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 6
Figura 6: Imaging più domini da unstrained Fe1 +yTe. (A) un 0.10 µm x 0.10 µm immagine topografica di un unstrained Fe1 +yTe. (B) il FT del pannello A, che mostra picchi in entrambe le direzioni, vale a dire QAFM1 e QAFM2. (C) l'immagine di iFT del pannello A, indicando i diversi domini. (D ed E) Zoom-ins dell'evidenziato giallo e arancio-punteggiato di scatole in pannello A. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 7
Figura 7: Imaging domini separati da unstrained Fe1 +yTe. (A) immagini topografiche che coprono un'area di 0,75 µm x 0,5 µm. (BD) linea tagli di topograph preso attraverso il nero, viola e verde frecce in pannello A. (EG) Zoom-delle aree evidenziate nei marchi verdi, marroni e gialli (X) nel pannello A. IFT (H) del pannello A, mostrando i domini separati. Le linee punteggiate di bianco sono i bordi/confini di passaggio. I domini sono interessati da queste caratteristiche strutturali. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figure 8
Figura 8: Imaging detwinned domini in sforzata Fe1 +yTe. (A), A grande 1.750 µm x 0,50 µm topografia preso su un teso Fe1 +yTe campione. (B e C) The FT dei due topografi singoli più grande (0,50 µm x 0,50 µm) acquisendo su una coppia di AFM picchi in una sola direzione. Processo di filtrazione la trasformata di Fourier e iFT (D) viene applicato alle immagini nel Pannello, che mostra solo un singolo dominio come previsto. La linea tratteggiata in pannello D è un passo che non influisce il dominio unidirezionale. Zoom-in (E) A della regione evidenziata in giallo (X) mostrando strisce unidirezionale. Zoom-in (F), una del pannello E, anche mostrando chiaramente le strisce unidirezionale del campione detwinned. (G) il FT del pannello E. I picchi AFM appaiono solo in una direzione, che concorda con la struttura reale-spazio nel pannello E. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Tutte le operazioni necessarie per spostare i campioni all'interno e all'interno del STM sono effettuate utilizzando set di manipolatori a braccio. La STM è mantenuta a temperature basse di azoto liquido ed elio liquido, e il campione si raffredda per almeno 12 ore prima di essere stato avvicinato. In tal caso la temperatura del campione e microscopio raggiungere l'equilibrio termico. Per isolare il rumore elettrico e acustico, il STM è posto in un'acustica e radiofrequenza schermato camera. La testa del microscopio è ulteriormente sospeso da molle per stabilità strumentale ottimizzata. La fase del campione può essere tradotto di alcuni millimetri che consentono l'accesso a parti diverse dei campioni 1 mm sforzato.

Poiché la pressione uniassiale è il parametro di ottimizzazione nell'esperimento descritto qui, è imperativo che la sollecitazione termica generata dal raffreddamento non viene trasferita direttamente al campione. Per questo, ci avvaliamo di una serie di dischi molla Belleville. Utilizzando il carico di lavoro dei dischi molla Belleville di 67 N e la deflessione al carico di lavoro di 50 µm, calcoliamo la costante elastica per ogni disco come k = 1.3 x 106 N/m, che produce una costante primavera totale di k = 1.625 x 105 N/m f o 4 coppie di molle in serie. In questo modo lo stress termico sul campione attraverso raffreddamento da temperatura ambiente a 4K per essere meno di 0,05% per un sforzo applicato dell'1% e pertanto trascurabile. Nell'esperimento, ruotiamo la vite micrometrica di 50° che corrisponde a Δx = 50 µm. La forza applicata sul campione attraverso le molle può essere calcolata F = kΔx = 8 N. La pressione è quindi p = F/A = 8 N / (0,1 x 10-6 m2) = 0,08 GPa. Per un modulo di Young di 70 Gpa per FeTe37, la pressione uniassiale applicata corrisponde a 0,1% di deformazione.

Una sfida importante nell'integrare i dispositivi ceppo con la STM è l'applicazione di ceppo senza rompere o l'introduzione di crepe nel campione. Esperimenti di prova su diversi campioni di Bi-2212, Sr3Ru2O7, e Fe1 +yTe hanno dimostrato che, a seconda dello spessore del campione, i campioni resistere ceppi di fino a ~0.8%-1.0%, corrispondente a ~ 1 GPa di applicata pressione. Nessuna indicazione di crepe sulla superficie del campione sono osservabili sotto questo valore visto visivamente da un microscopio ottico. Seguendo gli stessi principi di lavoro recente ha dimostrato con successo l'applicazione di tensione ± 1% Sr2RuO4 9.

Il successo di questa tecnica si trova nell'attenta esecuzione del corretto allineamento del campione attraverso il divario di 1 mm e l'applicazione dello sforzo sul campione senza romperlo o piegarlo. Un'altra considerazione importante è il processo che fende, che permette l'esposizione di una superficie piana e pulita. Questo è un processo casuale e funziona meglio per i materiali che fendono facilmente. Un'ultima considerazione sta avendo una punta affilata che produce risoluzione atomica e può raccogliere alcuni atomi di ferro in eccesso per ottenere il contrasto magnetico.

In conclusione, gli esperimenti e le analisi qui descritto con successo dimostrano l'incorporazione del nostro dispositivo di ceppo con STM, fornendo un nuovo parametro che può essere prezioso per lo studio di ordini concorrenti in sistemi elettronici correlati. Il vantaggio del dispositivo corrente è la vasta gamma di ceppo positivo e negativo che possa essere applicata al campione. Questa dimostrazione può incidere altri esperimenti spettroscopici come ARPES.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Acknowledgments

P.A. riconosce il sostegno dal US National Science Foundation (NSF) carriera nell'ambito premio No. DMR-1654482. Sintesi del materiale è stato effettuato con il supporto della sovvenzione n 2011/01/B/ST3/00425 polacco National Science Centre.

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

  1. Paglione, J., Greene, R. L. High-temperature superconductivity in iron-based materials. Nature Physics. 6 (9), 645 (2010).
  2. 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).
  3. 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).
  4. Dagotto, E. Complexity in strongly correlated electronic systems. Science. 309, 257-262 (2005).
  5. 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).
  6. Fernandes, R., Chubukov, A., Schmalian, J. What drives nematic order in iron-based superconductors. Nature Physics. 10 (2), 97 (2014).
  7. 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).
  8. Stillwell, E., Skove, M., Davis, J. Two “Whisker” Straining Devices Suitable for Low Temperatures. Review of Scientific Instruments. 39 (2), 155-157 (1968).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Hicks, C. W., et al. Strong increase of Tc of Sr2RuO4 under both tensile and compressive strain. Science. 344 (6181), 283-285 (2014).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Steppke, A., et al. Strong peak in T c of Sr2RuO4 under uniaxial pressure. Science. 355 (6321), 133 (2017).
  18. Yim, C. M., et al. Discovery of a strain-stabilised smectic electronic order in LiFeAs. Nature Communications. 9 (1), 2602 (2018).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Zhang, Y., et al. Symmetry breaking via orbital-dependent reconstruction of electronic structure in detwinned NaFeAs. Physical Review B. 85 (8), 085121 (2012).
  22. 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).
  23. Iida, K., et al. Strong T c dependence for strained epitaxial Ba(Fe1-xCox)2As2 thin films. Applied Physics Letters. 95 (19), 192501 (2009).
  24. 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).
  25. Iida, K., et al. Hall-plot of the phase diagram for Ba(Fe1−xCox)2As2. Scientific Reports. 6, 28390 (2016).
  26. 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).
  27. 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).
  28. 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).
  29. He, M., et al. Dichotomy between in-plane magnetic susceptibility and resistivity anisotropies in extremely strained BaFe2As2. Nature Communications. 8 (1), 504 (2017).
  30. Engelmann, J., et al. Strain induced superconductivity in the parent compound BaFe2As2. Nature Communications. 4 (2877), 2877 (2013).
  31. Berger, A. D. N., et al. Temperature Driven Topological Switch in 1T’-MoTe2 and Strain Induced Nematicity in NaFeAs. , Columbia University. Doctoral dissertation (2018).
  32. Böhmer, A., et al. Effect of biaxial strain on the phase transitions of Ca(Fe1−xCox)2As2. Physical Review Letters. 118 (10), 107002 (2017).
  33. 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).
  34. 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).
  35. Enayat, M., et al. Real-space imaging of the atomic-scale magnetic structure of Fe1+yTe. Science. 345 (6197), 653-656 (2014).
  36. 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).
  37. 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).

Tags

Deformazione uniassiale ingegneria 145 del problema microscopia a scansione,-polarizzata in spin di STM superconduttori a base di ferro domini antiferromagnetici superconduttività non convenzionale
Visualizing monoassiale-ceppo manipolazione dei domini antiferromagnetici in Fe<sub>1 +</sub><em><sub>Y</sub></em>Te utilizzando una scansione polarizzata in Spin Tunneling microscopio
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kavai, M., Giannakis, I., Leshen,More

Kavai, M., Giannakis, I., Leshen, J., Friedman, J., Zajdel, P., Aynajian, P. Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope. J. Vis. Exp. (145), e59203, doi:10.3791/59203 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

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

Waiting X
Simple Hit Counter