מאמר שיטה

תדר רדיו מגנטרון התזה של GdBa2Cu3O7−אלפא/ La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 bilayer קוואזי סרטים על מצעים יחיד-קריסטל3 (STO) SrTiO

6.5K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/58069

⸱

12 באפריל 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physics, Mathematics, Shanghai Key Laboratory of Materials Protection and Advanced Materials in Electric Power, Shanghai University of Electric Power, 2Key Laboratory of Artificial Structure and Quantum Control, Ministry of Education, Department of Physics, Shanghai Jiao Tong University, 3Shanghai Institute of Space Power-sources, 4Shanghai Key Laboratory of High Temperature Superconductors, Shanghai University

במאמר זה

סיכום

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לגדול LSMO חלקיקים, (Gd) בוסקו סרטים על SrTiO (001)3 (STO) מצעים יחיד-קריסטל על ידי גלי רדיו (RF)-התזה.

תקציר

. הנה, נדגים שיטה של ציפוי פרומגנטי La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית חלקיקים3 (LSMO) על מצעים יחיד-קריסטל3 (STO) SrTiO (001) על ידי התזה המגנטרון בתדר רדיו (RF). LSMO חלקיקים הופקדו עם קטרים מ- 10 עד 20 ננומטר, גבהים בין 20 ל-50 ננומטר. במקביל, ללא מידע ספציפי (Gd) Ba2Cu3O7−אלפא ((Gd) בוסקו) סרטים זוייפו. על שניהם ומעוצבים LSMO nanoparticle סובסטרטים STO באמצעות מגנטרון RF התזה. דו ח זה גם מתאר את המאפיינים של GdBa2−7Cu3Oאלפא/ La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 bilayer קוואזי סרטים מבנים (למשל, גבישי שלב, מורפולוגיה הרכב כימי); מגנוט, מגנטו-תחבורה ומאפיינים תחבורה מוליך-העל הוערכו גם.

מבוא

Manganite מסטול-חור La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 (LSMO) יש מאפיינים ייחודיים כגון פס רחב פערים, פרומגנטיות חצי-מתכתי, ולא מסובכת הברית אלקטרונית, אשר מספקים הזדמנויות יוצאת דופן עבור פוטנציאל spintronic יישומים1,2,3,4. כיום, חוקרים רבים הם משתדלים לנצל את תכונותיו הייחודיות של LSMO וצריך התנועה מערבולת לסרטים (HTS) למוליכת על טמפרטורה גבוהה, כגון (מחדש) Ba2Cu3O7−אלפא סרטים (REBCO, RE = נדיר – אלמנט האדמה)5,6,7,8,9,10,11,12. ננו קישוט של משטחים המצע עם חלקיקים פרומגנטי תספק אתרים מוגדרים היטב עבור גרימת מגנטי להצמדת מרכזי של צפיפות הצפויה13,14. עם זאת, היכולת לשלוט על צפיפות וגיאומטריה של חלקיקים על משטחים בעלי מרקם חזק, כמו למשל על יחיד-קריסטל מצעים ותערובות מתכת בעלי מרקם חזק קשה מאוד. ולרוב, חלקיקים הם מסונתז מצופה על משטחים באמצעות שיטות פירוק אורגניים מתכת15ו פעמו לייזר התצהיר שיטות16,17. למרות הדופק לייזר התצהיר שיטות יכול לספק חלקיקים מצופה על מצעים שונים, קשה להבין את התצהיר חלקיקים הומוגנית שטח גדול. לגבי שיטות פירוק אורגניים מתכת, הם הולם שטח גדול הפקדת חלקיקים. עם זאת, חלקיקים הם לעתים קרובות לא אחידה ולהיפגע בקלות על ידי לחצים פיזיים קטנים.

בין שיטות אלה, RF-מגנטרון sputtering יש יתרונות רבים. Sputtering יש קצב התצהיר גבוהה, בעלות נמוכה, חוסר פליטת גז רעיל. כמו כן, קל להרחיב בקנה מידה גדול באזור סובסטרטים18,19. שיטה זו מספקת היווצרות צעד אחר צעד של La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 (LSMO) חלקיקים, חלקיקים קלים למוסרם על מצעים יחיד-גביש. Sputtering מגנטרון RF יכול ליצור חלקיקים שטח גדול בצורה אחידה על מגוון רחב של מצעים, ללא התחשבות מרקם פני השטח, חספוס פני שטח20. הפקד חלקיק יכולה להיות מושגת על ידי שינוי הזמן המלהגים. הומוגניות יכולה להיות מושגת על ידי התאמת מרחק היעד-המצע. החיסרון של sputtering RF-המגנטרון הוא קצב הצמיחה שלה נמוך יותר עבור חלק תחמוצות21. בגישה זו, היעד אטומים (או מולקולות) הם בהיסוס מתוך המטרה על ידי ארגון יון ולאחר מכן חלקיקים מופקדים על מצעים אדי שלב22. היווצרות חלקיקים מתרחשת על המצע צעד בודד23. שיטה זו ישימה באופן תיאורטי על כל חומר כולל מוליך על סרט דק, הסרט ההתנגדות, מוליכים למחצה סרט, סרט דק פרומגנטי וכו אולם, נכון להיום, דוחות אודות הפרוטוקולים עבור הפקדת פרומגנטי חלקיקים הם נדירים מאוד.

. הנה, נדגים בתצהיר של GdBa2Cu3O7−אלפא/La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 bilayer קוואזי סרטים על מצעים יחיד-קריסטל3 (STO) SrTiO על ידי RF sputtering מגנטרון השיטה. שני סוגים של חומרים היעד,2Cu3O7−GdBaאלפא ו- La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 המטרה משמשים בתהליך. SrTiO3 (STO) יחיד-קריסטל סובסטרטים היו מצופיםאלפאGdBa Cu3O7−2סרטים ו- GdBa2Cu3O7−אלפא/La0.67Sr 0.33 המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 סרטים bilayer החריגה.

ב פרוטוקול זה, GdBa2−7Cu3Oאלפא/La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית bilayer קוואזי3 סרטים מופקדים עם מגנטרון RF התזה על מצעים STO (001). הקוטר היעד הוא 60 מ"מ, המרחק בין המטרה לבין סובסטרטים הוא כ- 10 ס מ. מחממים הן נורות בעמדה 1 ס מ מעל סובסטרטים. טמפרטורה מקסימלית היא 850 מעלות במערכת זו,. ישנם 5 סובסטרטים במערכת זו. מגנטרון RF sputtering GdBa2−7Cu3Oאלפא/La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית bilayer קוואזי3 סרטים מורכבת משני שלבים, אשר הכנת מצעים, את המגנטרון RF תהליך המלהגים. תמונה של מערכת המלהגים מוצג באיור S1.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. המצע והכנות היעד

הערה: סעיף זה מתאר את הכנת תא התצהיר לרעוד. להוציא ותערובות של גביש יחיד SrTiO3 (STO).

  1. השתמש 10 מ"מ x 10 מ"מ SrTiO3 (STO) יחיד-קריסטל סובסטרטים במהלך המגנטרון RF sputtering תהליך.
  2. ברצף לנקות את סובסטרטים אלכוהול איזופרופיל ובמים יונים למשך 10 דקות כל בטמפרטורת החדר באמבט אולטראסוני. אז יבש על מצעים עם חנקן, אשר לכיסוי אחיד של סובסטרט, הדבקות סרט טוב.
  3. הר של סובסטרטים STO (001) ב בעלי המצע עם דבק מוליך אבקת כסף. לטעון את אלה אל החדר ואקום.
  4. הר המטרה LSMO באקדח הזרקה מגנטרון ולאחר מכן להרכיב מחדש את האקדח. מבחן המחתרת עם מד התנגדות, כדי להימנע לקצר בין את המגנטרון המגן שמסביב. סגור שתא ואקום סגורה, משאבת למטה.
  5. לאחר שואב האבק הוא נמוך יותר מאשר עונה 1 פרק 10-4 הרשות הפלסטינית, מחממים את סובסטרטים 850 מעלות באמצעות קצב חימום של 15 ° C לדקה סט המרחק היעד-המצע 8 ס"מ.
  6. להגדיר את בקר זרימת מסה sccm 10 של O ו- sccm 5 של Ar עבודה זרימת הגז. להשתמש ב Ar / O מעורב גז כדי לשמור על יחס cationic O (3) עבור La0.67Sr0.33חומר3 המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית במהלך צמיחה.
  7. לפני מסירת התצהיר, מראש להתיז המטרה LSMO למשך 20 דקות וחצי וו גבוהה כוח יוביל סדקים היעד, באמצעות צריכת חשמל נמוכה יוביל יותר זמן על משטח נקי, אז אנחנו בוחרים 20 דקות ב-30 W.

2. LSMO Nanoparticle התצהיר

הערה: סעיף זה מתאר את הפקדת חלקיקים LSMO על ידי RF-מגנטרון התזה.

  1. כדי להשיג בלחץ הקאמרית של 25 הרשות הפלסטינית, להתאים את השסתום סד משאבת מולקולרית. אם הערך מיידית הופך להיות גדול יותר מ-25 הרשות הפלסטינית, לסובב אותו נגד כיוון השעון; אם זה הופך להיות קטן יותר 25Pa, לסובב אותו בכיוון השעון. המשך עד הלחץ נרגעו לערך יציב.
  2. בדוק טמפרטורת מצע נשאר ב 850 מעלות צלזיוס יציב.
  3. להגדיל את כוח קרוב מ-30 ל-80 W. להמתין 10 דקות, עד הפלזמה יציב.
  4. פתח הצמצם, להפקיד LSMO על המצע מחוממת.
    הערה: השתמשנו פעמים המלהגים של 5, 10, 30 ו- 60 s עבור הארבעה.
  5. לסגור את התריס. . כבה את הכוח המגנטרון סגור את השסתום גז, כבה את התנור כוח.
  6. מגניב הדגימות לטמפרטורת החדר. באופן חריג, זה לוקח לפחות שעתיים במערכת זו. לפרוק את התא עם חנקן יבש, לפתוח אותו, ולהסיר את הדגימות.

3. GdBa2Cu3O7−δ הסרט התצהיר

  1. לטעון את המטרה7−δGdBa Cu3O2באקדח מגנטרון, ואז להרכיב מחדש את האקדח. להפקיד כל הסרטים (Gd) בוסקו, באמצעות צעדים דומים לשלבים 1.4-2.8. להשתמש בתנאים דומים לעדות לסרטים (Gd) בוסקו באשר חלקיקים LSMO, מלבד הפעם המלהגים שאמור להיות 30 דקות. אחרי זה, הצמיחה יהיה מעל, הצעד הבא הוא חישול פוסט.
  2. ירידה לטמפרטורה מדגם 500 מעלות צלזיוס. . ואז, לפתוח את ברז גז חמצן לתת בלחץ הקאמרית של 75,000. אבא תחזיק את הדגימות בטמפרטורה זו למשך שעה אחת.
    הערה: הטמפרטורה של 500 ° C ולחץ הקאמרית של 75,000 הרשות הפלסטינית הם להשגת בצורה אחידה LSMO חלקיקים.
  3. מגניב הדגימות לטמפרטורת החדר. לפרוק את התא עם חנקן יבש, לפתוח אותו, ולהסיר את הדגימות.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

העובי של סרטים (Gd) בוסקו על שניהם חשוף, LSMO מעוצבים STO המצע היה 500nm, אשר נמדדה על ידי profilometer פני השטח. עובי הסרט היה בשליטת בזמן sputtering. איור 1a b מציג תמונת AFM של ננו-חלקיק LSMO (התזה זמן של 10 s) ב- 1.0 ס"מ 1.0 ס"מ יחיד-קריסטל STO סובסטרטים להוכיח חלקיקים LSMO גדל על מצעים STO בצורה אחידה. פני השטח כדי למדוד את המראה המחוספס של הסרטים היה מאופיין על ידי מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) בעבודה הקשה מצב. הקוטר של חלקיקים LSMO אלה נע ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

כאן אנחנו הוכיחו כי ניתן להשתמש בשיטה זו כדי להכין LSMO חלקיקי פרומגנטי של התפלגות אחידה על SrTiO3 מצעים יחיד-קריסטל (STO). הסרטים (Gd) בוסקו גם ניתן להפקיד על שניהם חשופים ומעוצבים LSMO STO המצע. עם התאמה המתאימה של הפקיד פרמטרים, כגון צמיחה בטמפרטורות והמרחק היעד-המצע, שיטה זו צריך להיות שימושי עבור ההפקדות סוגים שונים של מגנטי ולא מגנטיים חלקיקים או שכבות, לדוגמה, מנכ ל2, YSZ ( איטריום מיוצב זרקוניה)24, איטו (תחמוצת אינדיום בדיל).

שלב ק...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

המחברים אין לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (מס 51502168; No.11504227) ושל קרן מדעי הטבע העירוני שנגחאי (No.16ZR1413600). המחברים יידע במעבדה אנליטית אינסטרומנטלית ניתוח מרכז של שנגחאי ג'יאו טונג ואוניברסיטת Ma-tek לסיוע טכני המוסמכת.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
מערכת תצהיר מקרטעשניאנג מכשירים מדעיים מוגבלת על ידי Share Ltdבהתאמה אישית
SrTiO3 מצע קריסטל יחידHefei Ke חומר קריסטל טכנולוגיה ושות', בע"מחד צדדי epi-מלוטש(001) אוריינטציה
La0.67Sr0.33MnO3 יעד מקרטעHefei Ke חומר גביש Hefei Ke טכנולוגיה ושות', בע"מקוטר60 מ"מ
GdBa2Cu3O7− <תת>& דלתא; יעד מקרטעHefei Ke חומר קריסטל טכנולוגיה ושות', בע"בהתאמה אישית60 מ"מ
קוטר כוח אטומי מיקרוסקופBrü kerDimension Icon
רנטגן דיפרקטומטרBrü kerD8 גלה
מערכת מדידת מאפיינים פיזייםעיצוב קוונטיPPMS 9
מ

מקורות

  1. 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).
  2. Wang, J., Han, Z., Bai, J., Luo, B., Chen, C. Magnetoelectric coupling in oxygen deficient La0.67Sr0.33MnO3-δ/BaTiO3 composite film. Physica B: Condensed Matter. 534, 141-144 (2018).
  3. Duan, Z., et al. Facile fabrication of micro-patterned LSMO films with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel method on LaAlO3 substrates. Ceramics International. 42 (12), 14100-14106 (2016).
  4. Xu, P., Huffman, T. J., Kwak, I. H., Biswas, A., Qazilbash, M. M. Temperature dependent infrared nano-imaging of La0.67Sr0.33MnO3 thin film. Journal of Physics-Condensed Matter. 30 (2), (2018).
  5. Bulaevskii, L. N., Chudnovsky, E. M., Maley, M. P. Magnetic pinning in superconductor-ferromagnet multilayers. Applied Physics Letters. 76 (18), 2594-2596 (2000).
  6. Chen, C. Z., et al. Flux pinning of stress-induced magnetic inhomogeneity in the bilayers of YBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3−δ. Journal of Applied Physics. 106 (9), 093902(2009).
  7. Chen, C. Z., et al. Robust high-temperature magnetic pinning induced by proximity in YBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 hybrids. Journal of Applied Physics. 109 (7), 073921(2011).
  8. Huang, J., et al. Magnetic properties of (CoFe2O4)x:(CeO2)1−x vertically aligned nanocomposites and their pinning properties in YBa2Cu3O7−δ thin films. Journal of Applied Physics. 115 (12), 123902(2014).
  9. Lange, M., Bael, M. J. V., Bruynseraede, Y., Moshchalkov, V. V. Nanoengineered Magnetic-Field-Induced Superconductivity. Physical Review Letters. 90 (19), 197006(1970).
  10. Rakshit, R. K., Budhani, R. C., Bhuvana, T., Kulkarni, V. N., Kulkarni, G. U. Inhomogeneous vortex-state-driven enhancement of superconductivity in nanoengineered ferromagnet-superconductor heterostructures. Physical Review B. 77 (5), 052509(2008).
  11. Guo, H., Ward, T. Z. Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides. Journal of Visualized Experiments. 77, e50573(2013).
  12. Wang, Y., Li, Y., Liu, L., Xu, D. Improvement of flux pinning in GdBa2Cu3O7-delta thin film by nanoscale ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 pretreatment of substrate surface. Ceramics International. 44 (1), 225-230 (2018).
  13. Martín, J. I., Vélez, M., Nogués, J., Schuller, I. K. Flux Pinning in a Superconductor by an Array of Submicrometer Magnetic Dots. Physical Review Letters. 79 (10), 1929-1932 (1997).
  14. Morgan, D. J., Ketterson, J. B. Asymmetric Flux Pinning in a Regular Array of Magnetic Dipoles. Physical Review Letters. 80 (16), 3614-3617 (1998).
  15. Gutierrez, J., et al. Anisotropic c-axis pinning in interfacial self-assembled nanostructured trifluoracetate-YBa2Cu3O7−x films. Applied Physics Letters. 94 (17), 172513(2009).
  16. Tran, D. H., et al. Enhanced critical current density in GdBa2Cu3O7-δ thin films with substrate surface decoration using Gd2O3 nanoparticles. Thin Solid Films. 526 (0), 241-245 (2012).
  17. Jha, A. K., Khare, N., Pinto, R. Interface engineering using ferromagnetic nanoparticles for enhancing pinning in YBa2Cu3O7-delta thin film. Journal of Applied Physics. 110 (11), (2011).
  18. Casotti, D., et al. Ageing effects on electrical resistivity of Nb-doped TiO2 thin films deposited at a high rate by reactive DC magnetron sputtering. Applied Surface Science. 455, 267-275 (2018).
  19. Li, Y., et al. Preparation of single-phase Ti2AlN coating by magnetron sputtering with cost-efficient hot-pressed Ti-Al-N targets. Ceramics International. 44 (14), 17530-17534 (2018).
  20. Mahdhi, H., Djessas, K., Ben Ayadi, Z. Synthesis and characteristics of Ca-doped ZnO thin films by rf magnetron sputtering at low temperature. Materials Letters. 214, 10-14 (2018).
  21. Shen, H., Wei, B., Zhang, D., Qi, Z., Wang, Z. Magnetron sputtered NbN thin film electrodes for supercapacitors. Materials Letters. 229, 17-20 (2018).
  22. Sinnarasa, I., et al. Influence of thickness and microstructure on thermoelectric properties of Mg-doped CuCrO2 delafossite thin films deposited by RF-magnetron sputtering. Applied Surface Science. , 244-250 (2018).
  23. Thi-Thuy-Nga, N., Chen, Y. -H., Chen, Z. -M., Cheng, K. -B., He, J. -L. Microstructure near infrared reflectance, and surface temperature of Ti-O coated polyethylene terephthalate fabrics prepared by roll-to-roll high power impulse magnetron sputtering system. Thin Solid Films. , 1-8 (2018).
  24. Wang, Y., Xu, D., Li, Y., Liu, L. Texture and morphology developments of Yttria-stabilized zirconia (YSZ) buffer layer for coated conductors by RF sputtering. Surface & Coatings Technology. 232, 497-503 (2013).
  25. Petrisor, T. Jr, et al. Magnetic pinning effects of epitaxial LaxSr1-xMnO3 nanostructured thin films on YBa2Cu3O7-delta layers. Journal of Applied Physics. 112 (5), (2012).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

GdBa2Cu3O7 deltaLa0 67Sr0 33MnO3SrTiO3AFM

מאמרים קשורים