Name: צמיחה ו Electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-02-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 54 s
Description: חקור את יצירת הטרוסטרוקטורות metal/LaAlO3/SrTiO3 באמצעות שיקוע לייזר פולסי וספוטרינג מגנטרון. למד את האינטראקציה האלקטרוסטטית והכימית בגז האלקטרונים הדו-ממדי במערכות אלו.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו קיבלה תמיכה של 615759 # "מנטה" גרנט הממזגת נכסי ERC, את אזור איל-דה-פראנס דים "Oxymore" (פרויקט "NEIMO"), הפרויקט ANR "NOMILOPS". ח. נ חלקית נתמך על-ידי התוכנית הליבה-ל-Core EPSRC-JSPS, JSPS מענק הסיוע עבור מדעי למחקר (B) (#15 H 03548). A.S. נתמכה על ידי פתוח (HO 53461-1; הבתר-דוקטורים כדי A.S.). D.C.V. תודה משרד הצרפתי של השכלה גבוהה, מחקר, CNRS מימון של עבודת הדוקטורט שלו. י. ס. תודה את אוניברסיטת פריז-Saclay (תוכנית ד'אלמבר) ואת CNRS על מימון שהותו ב CNRS/תאלס.

<ol><li>Ohtomo, A., Hwang, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+high-mobility+electron+gas+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3+heterointerface%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">A high-mobility electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface.</a> Nature. 427, 423-426 (2004).</li>
<li>Stornaiuolo, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tunable+spin+polarization+and+superconductivity+in+engineered+oxide+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Tunable spin polarization and superconductivity in engineered oxide interfaces.</a> Nat. Mater. 15 (3), 278-283 (2015).</li>
<li>Chen, Y. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extreme+mobility+enhancement+of+two-dimensional+electron+gases+at+oxide+interfaces+by+charge-transfer-induced+modulation+doping%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Mater%22%5BJournal%5D)">Extreme mobility enhancement of two-dimensional electron gases at oxide interfaces by charge-transfer-induced modulation doping.</a> Nat. Mater. 14 (8), 801-806 (2015).</li>
<li>R&ouml;del, T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Universal+Fabrication+of+2D+Electron+Systems+in+Functional+Oxides%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Universal Fabrication of 2D Electron Systems in Functional Oxides.</a> Adv. Mater. 28 (10), 1976-1980 (2016).</li>
<li>Xie, Y., Hikita, Y., Bell, C., Hwang, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Control+of+electronic+conduction+at+an+oxide+heterointerface+using+surface+polar+adsorbates%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Control of electronic conduction at an oxide heterointerface using surface polar adsorbates.</a> Nat. Commun. 2, 494(2011).</li>
<li>Scheiderer, P., Pfaff, F., Gabel, J., Kamp, M., Sing, M., Claessen, R. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/284283255_Surface-interface_coupling_in_an_oxide_heterostructure_Impact_of_adsorbates_on_LaAlO_3_SrTiO_3">Surface-interface coupling in an oxide heterostructure: Impact of adsorbates on LaAlO3/SrTiO3.</a> Phys. Rev. B. 92 (19), (2015).</li>
<li>Vaz, D. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+Up+or+Down+the+Critical+Thickness+in+LaAlO3%2FSrTiO3+through+In+Situ+Deposition+of+Metal+Overlayers%5BTitle%5D)+AND+%22Adv.+Mater%22%5BJournal%5D)">Tuning Up or Down the Critical Thickness in LaAlO3/SrTiO3 through In Situ Deposition of Metal Overlayers.</a> Adv. Mater. 29 (28), 1700486(2017).</li>
<li>Schlom, D. G. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4919763">Perspective: Oxide molecular-beam epitaxy rocks.</a> APL Mater. 3 (6), 1-6 (2015).</li>
<li>Segal, Y., Ngai, J. H., Reiner, J. W., Walker, F. J., Ahn, C. H. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.80.241107">X-ray photoemission studies of the metal-insulator transition in LaAlO3/SrTiO3 structures grown by molecular beam epitaxy.</a> Phys. Rev. B. 80 (24), 241107(2009).</li>
<li>Dildar, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4923285">Growing LaAlO3/SrTiO3 interfaces by sputter deposition.</a> AIP Adv. 5 (6), 67156(2015).</li>
<li>Kawasaki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Atomic+control+of+the+SrTiO3+crystal+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Science+%2880-%29%22%5BJournal%5D)">Atomic control of the SrTiO3 crystal surface.</a> Science (80-). 266, 1540(1994).</li>
<li>Zhang, J., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3093671?journalCode=apl">Depth-resolved subsurface defects in chemically etched SrTiO3.</a> Appl. Phys. Lett. 94 (9), 1-4 (2009).</li>
<li>Connell, J. G., Isaac, B. J., Ekanayake, G. B., Strachan, D. R., Seo, S. S. A. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4773052?journalCode=apl">Preparation of atomically flat SrTiO3 surfaces using a deionized-water leaching and thermal annealing procedure.</a> Appl. Phys. Lett. 101 (25), 98-101 (2012).</li>
<li>van der Heide, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3avan+der+Heide%2C+P+%22X-ray+Photoelectron+Spectroscopy%3A+An+introduction+to+Principles+and+Practices%22">X-ray Photoelectron Spectroscopy: An introduction to Principles and Practices</a>. 2011, (2011).</li>
<li>Wagner, C. D., Riggs, W. M., Davis, L. E., Moulder, J. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWagner%2C+CD+%22Handbook+of+X-ray+Photoelectron+Spectroscopy%22">Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy</a>. , John Wiley & Sons, Inc. Eden Prairie, Minnesota, USA. (1979).</li>
<li>van der Pauw, L. J. <a target="_blank" href="http://www.scirp.org/(S(351jmbntvnsjt1aadkposzje))/reference/ReferencesPapers.aspx?ReferenceID=1320944">A method of measuring the resistivity and Hall coefficient on lamellae of arbitrary shape.</a> Philips Tech. Rev. 20, 220-224 (1958).</li>
<li>Brinks, P., Siemons, W., Kleibeuker, J. E., Koster, G., Rijnders, G., Huijben, M. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3600339?journalCode=apl">Anisotropic electrical transport properties of a two-dimensional electron gas at SrTiO3-LaAlO3 interfaces.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (24), 242904(2011).</li>
<li>Lesne, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Non-Equilibrium+Spin+Accumulation+Phenomenon+at+the+LaAlO3%2FSrTiO3%28001%29+Quasi-Two-Dimensional+Electron+System%22">Non-Equilibrium Spin Accumulation Phenomenon at the LaAlO3/SrTiO3(001) Quasi-Two-Dimensional Electron System</a>. , Université Pierre et Marie Curie. France. Ph.D. Thesis (2015).</li>
<li>Sato, H. K., Bell, C., Hikita, Y., Hwang, H. Y. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4812353?journalCode=apl">Stoichiometry control of the electronic properties of the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface.</a> Appl. Phys. Lett. 102 (25), 251602(2013).</li>
<li>Warusawithana, M. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((LaAlO3+stoichiometry+is+key+to+electron+liquid+formation+at+LaAlO3%2FSrTiO3+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">LaAlO3 stoichiometry is key to electron liquid formation at LaAlO3/SrTiO3 interfaces.</a> Nat. Commun. 4, (2013).</li>
<li>Arras, R., Ruiz, V. G., Pickett, W. E., Pentcheva, R. <a target="_blank" href="https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.85.125404">Tuning the two-dimensional electron gas at the LaAlO3/SrTiO3(001) interface by metallic contacts.</a> Phys. Rev. B. 85 (12), (2012).</li>
<li>Fu, Q., Wagner, T. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167572907000635">Interaction of nanostructured metal overlayers with oxide surfaces.</a> Surf. Sci. Rep. 62 (11), 431-498 (2007).</li>
<li>Chen, Y., et al. <a target="_blank" href="https://pdfs.semanticscholar.org/d56c/e42bb63ce44cb83ddb312805727d8215ac51.pdf">Metallic and Insulating Interfaces of Amorphous SrTiO3-based Oxide Heterostructures.</a> Nano Lett. 11 (9), 3774-3778 (2011).</li>
<li>Posadas, A. B., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4978248?journalCode=jap">Scavenging of oxygen from SrTiO3 during oxide thin film deposition and the formation of interfacial 2DEGs.</a> J. Appl. Phys. 121 (10), (2017).</li>
<li>Sing, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Profiling+the+interface+electron+gas+of+LaAlO3%2FSrTiO3+heterostructures+with+hard+x-ray+photoelectron+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Profiling the interface electron gas of LaAlO3/SrTiO3 heterostructures with hard x-ray photoelectron spectroscopy.</a> Phys. Rev. Lett. 102 (17), (2009).</li>
<li>Hasegawa, S. Reflection High-Energy Electron. Charact. Mater. , (October 2012) 1925-1938 (2012).</li>
<li>Wrobel, F., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4975005?journalCode=apl">Comparative study of LaNiO3/LaAlO3 heterostructures grown by pulsed laser deposition and oxide molecular beam epitaxy.</a> Appl. Phys. Lett. 110 (4), 0-5 (2017).</li>
<li>Blank, D. H. A., Dekkers, M., Rijnders, G. <a target="_blank" href="https://research.utwente.nl/en/publications/pulsed-laser-deposition-in-twente-from-research-tool-towards-indu">Pulsed laser deposition in Twente: from research tool towards industrial deposition.</a> J. Phys. D. Appl. Phys. 47 (3), 34006(2014).</li>
<li>Preziosi, D., Sander, A., Barthélémy, A., Bibes, M. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.4975307">Reproducibility and off-stoichiometry issues in nickelate thin films grown by pulsed laser deposition.</a> AIP Adv. 7 (1), (2017).</li>
<li>Hensling, F. V. E., Xu, C., Gunkel, F., Dittmann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unraveling+the+enhanced+Oxygen+Vacancy+Formation+in+Complex+Oxides+during+Annealing+and+Growth%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Unraveling the enhanced Oxygen Vacancy Formation in Complex Oxides during Annealing and Growth.</a> Sci. Rep. 7, 39953(2017).</li>
<li>Xu, C., Bäumer, C., Heinen, R. A., Hoffmann-Eifert, S., Gunkel, F., Dittmann, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Disentanglement+of+growth+dynamic+and+thermodynamic+effects+in+LaAlO3%2FSrTiO3+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Sci.+Rep%22%5BJournal%5D)">Disentanglement of growth dynamic and thermodynamic effects in LaAlO3/SrTiO3 heterostructures.</a> Sci. Rep. 6, 22410(2016).</li>
<li>Breckenfeld, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+growth+induced+%28non%29stoichiometry+on+interfacial+conductance+in+LaAlO3%2FSrTiO3%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Effect of growth induced (non)stoichiometry on interfacial conductance in LaAlO3/SrTiO3.</a> Phys. Rev. Lett. 110 (19), (2013).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

במהלך הפסקת המצע, אחד צריך להיות זהיר מאוד עם הזמן submerging תמיסת HF. הבחנו תחת - ו over - etched משטחים על ידי 5 רק בדרגות שונות s לגבי המתכון המקורי. בנוסף, הבחנו מבנין בין גודל צעד המצע השוקע זמן. עבור שלב בגדלים קטנים יותר (פחות מ- 100 ננומטר) השוקע 30 s עלול להוביל איכול יתר, אף-על-פי לאחר מכן ההליך מחזק. עשויה להספיק לשחזר כהלכה את פני השטח. בשל הסיכונים הכרוכים HF המבוסס על חומצות, אנו מייעצים גם אופטימיזציה של HCl-עב ס3 פתרון חומצי סיום12 או של סיום חומצה חינם טכניקה<sup class...

אלקטרון 2D בדאנטה מערכות (q2DES) בהרחבה שימשו מגרש ללמוד המון נמוך-ממדי והתופעות קוונטית. החל מהעיתון החלוצי במערכת LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO)1, פרץ של מערכות שונות לארח שלבים אלקטרונית פנים חדשים נוצרו. שילוב חומרים שונים הובילו הגילוי של q2DESs עם מאפיינים נוספים, כגון קיטוב ספין tunable שדה חשמלי2, אלקטרון גבוה ביותר mobilities3 או תופעות מצמידים ferroelectricity4. למרות גוף אדיר של עבודה הוקדשו לפענח את היצירה של מניפולציה של מערכות אלה, מספר ניסויים וטכניקות הראו תוצאות סותרות, אפילו בתנאים דומה למדי. בנוסף, האיזון בין אינטראקציות אלקטרוסטטית וכימיים נמצאה חיוני להבין כראוי שהפיזיקה-לשחק5,6,7.
במאמר זה, ביסודיות נתאר את הצמיחה של מתכת/לאוס/STO heterostructures שונים, באמצעות שילוב של לייזר פעמו התצהיר (לחמש נשקים), בחיי עיר מגנטרון התזה. לאחר מכן, כדי להבין את ההשפעה של תנאי שטח שונים ב- q2DES קבור ב הממשק לאו/STO, לימוד אלקטרוניים וכימיים מתבצעת, באמצעות ניסויים ספקטרוסקופיה תחבורה, אלקטרונים.
מאז שיטות מרובות שימשו בעבר לגדול לאו גבישי על STO, הבחירה של טכניקות המתאימות התצהיר היא שלב חיוני להרכבת באיכות גבוהה תחמוצת heterostructures (בנוסף אפשרי העלות והזמן מאלץ). ב. לחמש נשקים, פולס לייזר אינטנסיבי וקצר פוגע במטרה של החומר הרצוי, אשר לאחר מכן ablated מקבל שהופקדו על המצע כמו סרט דק. אחד היתרונות הגדולים של טכניקה זו היא היכולת להעביר בצורה אמינה את סטויכיומטריה של היעד הסרט, רכיב מפתח על מנת להשיג את היווצרות השלב הרצוי. יתר על כן, היכולת של ביצוע שכבה-על צמיחה (פיקוח בזמן אמת באמצעות השתקפות אלקטרון בעל אנרגיה גבוהה עקיפה - RHEED) של מספר עצום של תחמוצות מורכבים, אפשרות שיש מטרות מרובות בתוך תא הלחץ (באותו הזמן המאפשר הצמיחה של חומרים שונים מבלי לשבור ואקום) ולהפוך הפשטות של ההתקנה של טכניקה זו אחת הכי יעיל והכי רב-תכליתי.
ובכל זאת, טכניקות טיפול נוספות epitaxy קרן מולקולרית (בין) לאפשר את הצמיחה של צמיחה epitaxial באיכות גבוהה יותר. במקום שיהיה יעד של חומר מסוים, בבין כל רכיב מסוים הוא sublimed לעבר המצע, שבה הם מגיבים אחד עם השני כדי ליצור שכבות אטומיות מוגדרת היטב. בנוסף, בהיעדר מינים מאוד אנרגטי והפצה אנרגיה אחיד יותר מאפשר הזיוף של ממשקים מושחזות8. טכניקה זו אולם הרבה יותר מורכב מאשר כשזה מגיע. לחמש נשקים לצמיחה של תחמוצות, מאז זה חייב להתבצע בגבוהה במיוחד ואקום תנאים (כך הארוך אומר נתיב חופשי לא תושמד) ודורש באופן כללי השקעה גדולה יותר, עלות - ולא מבחינת הזמן. למרות תהליך הצמיחה בשימוש בפרסומים לאו/STO הראשון היה. לחמש נשקים, דגימות עם מאפיינים דומים כבר גדלו ב בין9. זה גם ראוי לציין כי לאו/STO heterostructures כבר גדלו באמצעות המלהגים10. למרות ממשקים מאגרי חדה הושגו בטמפרטורות גבוהות (920 ° C), לחצים חמצן גבוהה (0.8 mbar), מוליכות פנים לא הושגה.
צמיחה של מתכת מיצוי שכבות, אנו משתמשים מגנטרון התזה, כפי שהיא מספקת איזון טוב בין איכות וגמישות. טכניקות התצהיר המבוסס על אדים כימיים אחרים ייתכן עם זאת כדי להשיג תוצאות דומות.
לבסוף, השילוב של טכניקות תחבורה וספקטרוסקופיה הראה במאמר זה מדגימה דרך שיטתית של חיטוט אינטראקציות אלקטרונית והן כימית, הדגשת החשיבות של כדי לאשר גישות שונות להסבר מלא תכונות רבות של סוגים אלה של מערכות.

<table><tbody><tr><td>תצהיר לייזר פועם</td><td>SURFACE</td><td>PLD תחנת עבודה + מערכת</td><td></td>אשכול UHV</tr><tr><td>KrF Excimer לייזר</td><td>קוהרנטי</td><td>Compex Pro 201F</td><td></td></tr><tr><td>השתקפות עקיפה אלקטרונית באנרגיה גבוהה (אקדח אלקטרונים)</td> <td>R-Dec Co., Ltd.</td><td>RDA-003G</td><td>מופץ באירופה על ידי SURFACE.</td></tr><tr><td>השתקפות עקיפה אלקטרונית באנרגיה גבוהה (מצלמת CCD)</td><td>k-Space Associates, Inc.</td><td>kSA 400</td><td></td></tr><tr><td>מנחת קרן לייזר משתנה</td><td>Metrolux</td><td>ML 2100</td><td></td></tr><tr><td>חיישן לייזר אקסימר</td><td>קוהרנטי</td><td>J-50MUV-248</td><td></td></tr><tr><td>LaAlO3 יעד</td><td>CrysTec</td><td></td><td>יעד גביש יחיד</td></tr><tr><td>SrTiO3 משנה</td><td>את CrysTec</td><td></td><td>במספר גדלים שונים. אפשרות להורות על TiO2 להסתיים.</td></tr><tr><td>חומצה חומצה חומצה חומצה</td><td></td><td>BOE 7:1</td><td>חומצה הידרופלואורית חומצה = BOE 7:1 (HF: NH4F = 12.5: 87.5%) ב&nbsp; איכות VLSI.</td></tr><tr><td>משחת כסף</td><td>DuPont</td><td>4929N</td><td>מרוכב כסף מוליך.</td></tr><tr><td>מנקה אולטרסאונד</td><td>Bransonic</td><td>12</td><td>ניקוי אולטרסאונד</td></tr><tr><td>תנור צינור</td> אמבטיה <td>AET טכנולוגיות</td><td>תנור לטיפול בחום בורוסיליקט</td><td></td></tr><tr><td>זכוכית</td><td>VWR</td><td>213-1128</td><td>Iow form</td></tr><tr><td>PTFE</td><td>Dynalon</td><td>PTFE</td><td></td></tr><tr><td>מצע מחזיק "dipper"</td><td>Eberl&eacute;</td><td></td><td>מטבל בהתאמה אישית</td></tr><tr><td>Magnetron Sputtering</td><td>PLASSYS</td><td>מערכת מקרטעת</td><td>5 תאים למטרות.</td></tr><tr><td>מטאל מכוון</td><td>ל-Neyco S.A.</td><td></td><td>טוהר > 99.9%</td></tr> <tr><td>מערכת ספקטרוסקופיה פוטו-אלקטרונית של קרני רנטגן</td><td>Omicron</td> מערכת <td></td><td>XPS מותאמת אישית</td></tr><tr><td>מקור רנטגן</td><td>Omicron</td><td>DAR 400</td><td>Twin Anode X-Ray.</td></tr><tr><td>מנתח אנרגיה</td><td>אומיקרון</td><td>EA 125</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופיה כוח אטומי</td><td>Bruker</td><td>Innova AFM</td><td></td></tr><tr><td>בדיקות מיקרוסקופיה כוח אטומי</td><td>אולימפוס</td><td>OMCL-AC160TS-R3</td><td>מיקרו שלוחותיה</td></tr><tr><td>מליטה חוטים</td><td>Kulicke & מגנט Soffa</td><td>4523AD</td><td></td></tr><tr><td>PPMS</td><td>Quantum Design</td><td>PPMS Dynacool</td><td>9T.</td></tr></tbody></table>

צמיחה ו electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/laalo3/srtio3 heterostructures

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

מערכת קוואזי אלקטרון 2D (q2DES) המהווה את הממשק בין LaAlO3 (לאו) ו- SrTiO3 (STO) משכה תשומת לב רבה של הקהילה אלקטרוניקה תחמוצת. אחד התכונות סימן ההיכר שלו הוא קיומה של עובי לאו קריטי של 4 יחידות-תאים (uc) עבור מוליכות פנים להסתמן. למרות מנגנוני אלקטרוסטטית הוצעו בעבר כדי לתאר את קיומו של עובי קריטי זה, החשיבות של פגמים כימי היה לאחרונה הבליטו. כאן, אנו מתארים את הצמיחה של מתכת/לאוס/STO heterostructures במערכת גבוהה במיוחד ואקום (UHV) אשכול המשלב לייזר פעמו התצהיר (לגדל את לאו), המגנטרון התזה (לגדול המתכת) and photoelectron הספקטרומטריה (XPS). אנחנו לומדים צעד אחר צעד את ההיווצרות וההתפתחות של q2DES ואת האינטראקציות כימיות המתרחשות בין המתכת והן את לאו/STO. בנוסף, ניסויים magnetotransport להסבר על התחבורה ועל תכונות אלקטרוניות של q2DES. עבודה שיטתית זו לא רק מדגים דרך ללמוד אלקטרוסטטית וכימיים יחסי הגומלין בין q2DES את הסביבה, אלא גם מבטלת את האפשרות כמה שכבות הגבלת התכיפות משולבות עם פיזיקה עשיר שנצפתה דו מימדי אלקטרון מערכות, ומאפשר הזיוף של סוגים חדשים של התקנים.

מערכת מלאה ניסיוני המשמש עבור הצמיחה ואפיון מוצג באיור2. שיש setups שונים מחוברים ב- UHV דרך תא הפצה מומלץ ביותר להבטיח כי פני השטח של המדגם לאחר כל תהליך הצמיחה נשמרת וטהור. . לחמש נשקים קאמרית (איור 3), המגנטרון התזה (איור 7), XPS קאמרית (איור 8) מתוארים גם בפירוט. פרטים נוספים אודות הנתיב אופטי בכיוונון לחמש נשקים מוצגת באיור 4</s...

אנחנו לפברק מתכת/LaAlO3-/SrTiO-3 -heterostructures באמצעות שילוב של לייזר פעמו התצהיר בחיי עיר מגנטרון התזה. דרך magnetotransport, בחיי עיר רנטגן photoelectron ספקטרוסקופיה ניסויים, נחקור פעולת הגומלין בין תופעות אלקטרוסטטית וכימי של הגז אלקטרון מימדי בדאנטה נוצר במערכת זו.

צמיחה ו Electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר ולחקור מבנים הטרוסקופיים מסוג מתכת לנתנום-אלומינאט-סטרונציום באמצעות שילוב של תצהיר לייזר דופק, מגנטרון מקרטע, ספקטרוסקופיה של פליטת קרני רנטגן וניסויי הובלת מגנטו. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח לגבי יחסי הגומלין בין תופעה אלקטרוסטטית וכימית של גז האלקטרונים הדו-ממדי שנוצר במערכות מסוג זה. היתרונות העיקריים של טכניקה זו הם הפשטות והרבגוניות שלה, אשר יחד מאפשרים צמיחה איכותית שכבה אחר שכבה של סרטים דקים במיוחד מרובי עוצמה.ראשית, מלאו שואב אולטרה קולי של 40 קילו-הרץ במים וחממו את האמבטיה ל-60 מעלות צלזיוס. הוסף לכוס זכוכית בורוסיליקט מספיק אצטון כדי למלא את הכוס לפחות 20% מהנפח המרבי שלה. מניחים בכוס מצע גביש יחיד מלוטש 001 מוכוון צד יחיד מהקופסה.סוניקציה של המצע באצטון למשך שלוש דקות. יבש את המצע מתחת לזרם גז חנקן מאקדח מכה. חזור על הסוניקציה באיזופרופנול ובמים נטולי יונים ברצף.הרכיבו את המצע הנקי במטבל פלואוריד פוליווינילידן. מלאו זכוכית בורוסיליקט נוספת במים זורמים נטולי יונים. לאחר מכן, מלאו כ-20% מכוס פוליטטרפלואורואתילן בגודל דומה בחומצה הידרופלואורית עם אמוניום פלואוריד.השתמש במטבל כדי לטבול את המצע בתחריט התחמוצת המאגר למשך 30 שניות בדיוק. העבירו מיד את המצע החרוט לכוס המים הזורמים נטולי היונים. מערבבים בעדינות את המצע במים הזורמים נטולי היונים למשך שתי דקות.יבש את המצע תחת זרם של גז חנקן וחשל את המצע החרוט בסביבת חמצן בטמפרטורה של 1000 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, יש ללטש בעדינות מכנית יעד LAO חד-גבישי בגודל אינץ' אחד עם נייר זכוכית תחמוצת אלומיניום 180 גריט משומן באיזופרופנול. ברגע שהמשטח נראה הומוגני, יבש את המטרה תחת זרימה של גז חנקן.הרכיבו את יעד ה-LAO המלוטש בקרוסלה המאפשרת סיבוב מטרה. הכנס את הקרוסלה לתא נעילת העומס, פנה את החדר והעביר את הקרוסלה לתא תצהיר לייזר דופק. ברגע שלחץ תא התצהיר של לייזר דופק מגיע ל-10 למיליבר ה-9, ספק חמצן לתא כדי להשיג לחץ חלקי של חמצן של 2x10 למיליבר הרביעי ואז הנח מד אנרגיית לייזר אקסיימר בנתיב קרן הלייזר קריפטון פלואוריד בין העדשה המתכנסת השנייה לחלון הקוורץ.הגדר את הלייזר לתדר שרירותי וקרא את האנרגיה על המונה. בחר את סיבוב המטרה, הסר את מד האנרגיה והפחית מראש את המטרה בשלושה או ארבעה הרץ למשך 20,000 פולסים על מנת לנקות את פני השטח שלה. לפני הכנת הדגימה, השתמש במיקרוסקופ כוח אטומי כדי לאשר את הסיום, המורפולוגיה והניקיון של משטח מצע ה-STO המסוים.השתמש במשחת הכסף המוליכה כדי לקבע את מצע ה-STO הסופי למחזיק מדגם כשהמשטח המסויים פונה כלפי מעלה, וודא שהמצע נמצא במרכז המחזיק. מחממים את מחזיק הדגימה על פלטה חמה בחום של 100 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות כדי לאדות ממס ולמצק את הדבק להולכה תרמית אופטימלית. לאחר מכן, אפשר למחזיק המדגם להתקרר לטמפרטורת החדר.הכנס את מחזיק הדגימה לתא נעילת העומס והעבר את המחזיק לתא הספקטרוסקופיה של פוטו-אלקטרונים רנטגן. יישר את הדגימה עם פני השטח הרגילים במקביל לציר מנתח האלקטרונים. הזז את אקדח הרנטגן קרוב ככל האפשר לדגימה מבלי לאפשר מגע מכני בין האקדח למחזיק הדגימה.לאחר שווידאתם שהתא נמצא בוואקום גבוה במיוחד, הפעל את אקדח הרנטגן. רכוש ספקטרום סקר בין 12,000 ל-0 אלקטרון וולט, עם צעד נבחר של 0.2 אלקטרון וולט, זמן שהייה של 0.2 שניות, אנרגיית מעבר בין 30 ל-60 אלקטרון וולט וגודל הנקודה הקטן ביותר האפשרי. רכוש ספקטרום של פסגות מעניינות לניתוח יסודות מאוחר יותר.לאחר ניתוח XPS ראשוני של הדגימה, העבירו את מחזיק הדגימה לתא ה-PLD ומקמו את המחזיק כך שהמצע פונה למטרת ה-LAO. ספק חמצן לתא כדי להשיג לחץ חלקי של חמצן של 2x10 למיליבר הרביעי. הגדל את טמפרטורת מחזיק הדגימה ל-730 מעלות צלזיוס ב-25 מעלות צלזיוס לדקה, ולאחר מכן הגדר את אקדח עקיפה האלקטרונים בעל האנרגיה הגבוהה למתח מקור של 30 קילו-וולט, וזרם של כ-50 מיקרו-אמפר.עם מחזיק הדגימה, מקם במרחק של 63 מילימטרים מהמטרה, יישר את אלומת האלקטרונים הנקראת עם משטח המצע בזווית רעייה בין מעלות אחת לשלוש מעלות, כך שנקודות העקיפה יופיעו על מסך הזרחן. עקוב אחר עוצמות הנקודה בזמן אמת באמצעות מצלמת CCD ותוכנת ניתוח תמונה. לאחר שהקריאה מתייצבת, הפעל את הלייזר.התבונן בפלומה ועקוב אחר תנודות הקריאה. עצור את הלייזר בשיא התנודה עם השגת העובי הרצוי. כבה את אקדח הקריאה, הפחת את טמפרטורת המחזיק ל-500 מעלות צלזיוס והגדל את לחץ החמצן החלקי של החדר ל-0.1 מיליבר.לאחר שהטמפרטורה והלחץ יציבים, הגדל את לחץ החמצן החלקי ל-300 מיליבר וחישול הדגימה ב-500 מעלות צלזיוס למשך 60 דקות. נתח את דגימת LAO/STO עם XPS. העבר את מחזיק המדגם עם מצע LAO/STO לתא המקרטע בוואקום.מקם את המחזיק כך שהמצע יהיה במרחק של כ-7 ס"מ ממטרת הקובלט. ספק גז ארגון טהור לתא המקרטע. כאשר תריס המטרה סגור, הגדל את הזרם לכ-100 מיליאמפר כדי להצית את הפלזמה.צמצם את הזרם ל-80 מיליאמפר והפחת את אספקת הארגון ל-5.2 sccm, רסס מראש את מטרת הקובלט ולאחר מכן פתח את התריס והפקיד קובלט למשך 25 שניות. סגור את התריס לסיום התצהיר. עבור ניסויי תחבורה, הפקידו שכבת מכסה של שלושה ננומטר אלומיניום כדי למנוע חמצון של שכבת המתכת הבסיסית בחשיפה לאוויר.אחרת, נתח את הדגימה עם XPS לאחר שקיעת קובלט. הסר את מחזיק המדגם מהמערכת והעבר את הדגימה למחזיק מדידת הובלה. בשלב הדגימה של מכונת הדבקת טריז אולטרסאונד, השתמש בחוטי אלומיניום או זהב בקוטר 0.025 מילימטרים כדי לחבר את ארבע פינות המדגם לערוץ אחד של מחזיק מדידת ההובלה בגיאומטריית גוף.ודא שהחוטים נדבקים היטב למשטח הדגימה. לאחר מכן, חוט מחבר את ארבע הפינות לתעלה שנייה בגיאומטריה של ונדרפו. בדוק את אנשי הקשר באמצעות מולטימטר.התקן את המחזיק במערך הובלה ומדוד את התנגדות המגנטו ואפקט הגוף בטמפרטורות שונות. מדידות הובלת מגנטו הראו התנהגות מגוונת להפליא בהתאם לשכבת המתכת שהושקעה. דגימות LAO/STO מכוסות במתכות ריאקטיביות הראו עקבות גוף בצורת S, מה שמצביע על כך שנוצרה מערכת אלקטרונים דו-ממדית בין-פנים.דגימות LAO/STO דומות של תאים דו-יחידות המכוסות במתכות אצילות, הראו עקבות גוף ליניאריים עם שינויי התנגדות של כמה עשרות מילי-אוהם בלבד על פני 4 טסלות. תואם לממשק בידוד בו זוהתה רק שכבת המתכת. XPS של דגימת LAO/STO של תא יחידה אחת מכוסה טנטלום הראה שיאים של תחמוצת טנטלום ודיכוי חלקי עד מוחלט של תכונת הטנטלום המתכתי, מה שמרמז על כך שהחמצן נוטה להתפזר לכיוון המתכת משטח הפרובסקיט.אטומי טיטניום אירחו חלק מהאלקטרונים ששוחררו לסריג על ידי היווצרות חללי חמצן פנויים על פני השטח של הפרובסקיט, שינו את מצב ערכיות הטיטניום מ-4 ל-3, ויצרו מערכת אלקטרונים דו-ממדית רביעית. יחס העוצמה של טיטניום 3+ לטיטניום 4+ היה כ-20%שינוי זווית המראה של האלקטרונים מ-0 ל-50 מעלות היה בעל השפעה מינימלית על עוצמת הטיטניום 3+, מה שמצביע על כך שמערכת האלקטרונים הדו-ממדית הרביעית השתרעה מעבר לעומק הבדיקה המקסימלי של XPS של חמישה ננומטרים. לאחר השליטה, ניתן לבצע את ההליך המלא לדגימה אחת תוך יום או יומיים.בעת ניסיון לבצע גידול PLD, שימו לב במיוחד לאיכות המצעים והמטרות המשמשות. בצע ניתוח נוסף אם הדגימות שגדלו אינן מראות את המאפיינים הצפויים. בשל הרבגוניות שלו, הליך זה מאפשר יצירה וניתוח מבוקרים ביותר של כמעט כל סוג של מבני תחמוצת, כמו גם את האפשרות לחקור שפע של השפעות פיזיות חדשות של פנים ופני השטח.

growth-electrostaticchemical-properties-metallaalo3srtio3

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

ננו-מבנים של תחמוצת מספקים הזדמנויות חדשות למדע וטכנולוגיה.  ניתן לשלוט במוליכות הפנים בין LaAlO3 ל-SrTiO3 בדיוק כמעט אטומי באמצעות טכניקת מיקרוסקופ כוח אטומי מוליך.  הפרוטוקול ליצירה ומדידה של ננו-מבנים מוליכים בממשקי LaAlO3/SrTiO3 מודגם.

כתיבה ואפיון טמפרטורה הנמוכה של ננו Oxide

עבודה זו מפרטת את הנהלים לצמיחה והאפיון של הגבישים SrTiO 3 ישירות על מצעי גרמניום ידי בתצהיר שכבה אטומי. ההליך ממחיש את היכולת של שיטת צמיחה כל-כימיות לשלב תחמוצות monolithically על מוליכים למחצה עבור התקני מוליכים למחצה, תחמוצת מתכת.

הצמיחה epitaxial של perovskite סטרונציום Titanate על גרמניום באמצעות הפקדת אטומית Layer

דרך sulfurization של מתכות המעבר מראש הופקדו, קריסטל 2D שטח גדול ואנכי הטרו-מבנים יכול להיות מפוברק. הסרט העברת ונהלים ייצור המכשיר מודגמות גם בדו ח זה.

הכנת שטח גדול אנכי 2D קריסטל הטרו-מבנים באמצעות Sulfurization של מתכות מעבר סרטים עבור ייצור המכשיר

כאן, אנו מציגים את פרוטוקול לסינתזה של נקבובי בריום חומצה טיטנית (BaTiO3) סרט דק בשיטה בסיוע חומרים פעילי שטח סול-ג'ל, שבו amphipathic עצמית שהורכב חומרים פעילי שטח הקזאין משמשים תבנית אורגני.

סינתזה של נקבובי בריום חומצה טיטנית סרט דק וייצוב תרמי של שלב Ferroelectric על ידי זן נקבוביות-Induced

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

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

חומרי תחמוצת מראים תכונות אקזוטיות רבות שניתן לשלוט בהן על ידי כוונון תכולת החמצן. כאן, אנו מדגימים את כוונון תכולת החמצן בתחמוצות על ידי שינוי הפרמטרים של שקיעת לייזר פועם ועל ידי ביצוע חישול לאחר החישול. לדוגמה, תכונות אלקטרוניות של מבנים הטרו-קונסטרוקטיביים מבוססי SrTiO3 מכווננים על ידי שינויי צמיחה וחישול.

כוונון תכונות תחמוצת על ידי בקרת חמצן פנוי במהלך צמיחה וחישול

מחקר זה מציג מתודולוגיית ייצור נטולת שאריות לייצור פתיתים בודדים של חומרים דו-ממדיים והרכבתם למבנים הטרו-ממדיים מורכבים תוך שימוש באינטראקציות ואן דר ואלס בלבד. הטכניקה מבטלת את הצורך בחומרים חיצוניים ובתנאי ניסוי ספציפיים, ומאפשרת הרכבות הטרו-מבניות מורכבות באמצעות תהליכי ערימה מלמטה למעלה, מלמעלה למטה ומודולריים.

ייצור ללא שאריות של מבנים הטרו-ממדיים של ואן דר ואלס מחומרים דו-ממדיים

פוטו חומרים אורגניים (OPV) הם מטבע הומוגניות בקנה המידה ננומטרי. אי הומגניות ננומטרי של חומרי OPV משפיעים על ביצועים של התקני פוטו. במאמר זה, אנו מתארים פרוטוקול למדידות כמותיות של תכונות חשמליות ומכאניות של חומרי OPV עם רזולוצית ננומטר תת-100.

מוליכות כמותית במקביל ומדידת תכונות מכאנית של חומרים אורגניים באמצעות Photovoltaic AFM

מאמר זה מתאר שיטה פשוטה לפברק מערכי פחמן מיושר אנכי על ידי CVD ולאחר מכן מנגינת נכסי הרטבתם על ידי חשיפתם לואקום חישול או טיפול חמצון יבש.

חמצון ואבק יבש חישול טיפולים לכוונון מאפייני ההרטבה של מערכי פחמן

שיטה להכנת שכבות epitaxial של סגסוגות הורתה ידי המקרטעת מתוארת. מתחם FeRh הורה B2 משמש כדוגמא, כפי שהוא מציג מעבר metamagnetic שתלוי ברגישות במידת הסדר כימי והרכב הסגסוגת המדויק.

גמגום צמיחה ואפיון של epilayers FeRh הורה B2 Metamagnetic

חקור את יצירת הטרוסטרוקטורות metal/LaAlO3/SrTiO3 באמצעות שיקוע לייזר פולסי וספוטרינג מגנטרון. למד את האינטראקציה האלקטרוסטטית והכימית בגז האלקטרונים הדו-ממדי במערכות אלו.

צמיחה ו Electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures

גלה סרטונים נוספים