Name: Crescita ed elettrostatico/chimica proprietà di metallo/LaAlO3/SrTiO3 eterostrutture (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-02-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 54 s
Description: Scopri la deposizione laser pulsata e lo sputtering magnetron per fabbricare eterostrutture metallo/LaAlO3/SrTiO3. Questo metodo permette di studiare l'interazione elettrostatica e chimica del gas elettronico quasi bidimensionale.

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Questo lavoro ha ricevuto sostegno dall'ERC Consolidator Grant n. 615759 "Menta", la regione Île-de-France DIM "Oxymore" (progetto "NEIMO") e il progetto ANR "NOMILOPS". H.N. era parzialmente supportati dal programma Core Core di EPSRC-JSPS, JSPS sovvenzione per la ricerca scientifica (B) (#15 H 03548). A.S. è stata sostenuta dalla Deutsche Forschungsgemeinschaft (HO 53461-1; postdoctoral fellowship per A.S.). D.C.V. ringrazia il Ministero francese dell'istruzione superiore e ricerca e CNRS per il finanziamento della sua tesi di dottorato di ricerca. J.S. grazie l'Università Paris-Saclay (programma D'Alembert) e il CNRS per finanziare la sua permanenza al CNRS/Thales.

Nota: Tutti e 5 i passaggi descritti nel presente protocollo possono essere messo in pausa e riavviati in qualsiasi momento, con la sola condizione che il campione è tenuto sotto alto vuoto dal passaggio 3.4 a 5.
1. STO(001) substrato terminazione:
<ol><li>Riempire un pulitore ad ultrasuoni (con un trasduttore di 40 kHz) con acqua e riscaldare fino a 60 ° C. Riempire un bicchiere di vetro borosilicato con acetone. Indipendente della dimensione del becher, assicurarsi di riempire con almeno il 20% del suo volume massimo, per garantire che i substrati sono immersi.<ol>
<li>Posizionare un fuori il casella terminazione mix singolo-lato lucido (001)-orientati STO singolo-cristallo substrato (55 mm2 in dimensione laterale, 0,5 mm di spessore, miscut angolo tra 0,01 e 0,02 °) all'interno del bicchiere di vetro borosilicato.</li>
		<li>Sonicare il substrato in acetone per 3 min a secco il substrato utilizzando una pistola ad aria compressa azoto con pressione d'esercizio di circa 5 bar.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ripetere la procedura di passaggio 1.1 ma utilizzando isopropanolo e acqua deionizzata, quindi.</li>
	<li>Posto il substrato pulito in un portacampioni di fluoruro di polivinilidene, PVDF, con una forma di "carro" (Figura 1a). Riempire un bicchiere di vetro di borosilicato secondo (Figura 1b) con acqua deionizzata. Nota: Il becher dovrebbe essere abbastanza grande in modo che il supporto del campione si inserisce in esso.</li>
	<li>Posto il substrato di supporto del campione.</li>
	<li>Indossare una protezione adeguata, riempire un becher (Figura 1b), in genere fatto di politetrafluoroetilene, PTFE, a circa il 20% del suo volume massimo, con una soluzione tamponata fluoridrico (HF) (HF:NH4F = 1:7). Utilizzare circa il becher dimensione stessa come quello utilizzato nel passaggio 1.3.</li>
	<li>Immergere il portacampioni in HF per esattamente 30 s e spostarlo immediatamente in acqua corrente deionizzata per interrompere eventuali successive reazioni chimiche. Agitare leggermente.</li>
	<li>Dopo 2 min, rimuovere il supporto del campione dall'acqua deionizzata. Estrarre il substrato e asciugare con una pistola di soffiaggio di azoto. Nota: Maggiori dettagli possono essere trovati all'interno ricetta11 di Kawasaki. Attenzione: La soluzione di HF utilizzata è altamente corrosivo e velenoso. Eseguire sempre la manipolazione e lo smaltimento delle soluzioni di HF utilizzati in ambienti di lavoro appropriati. Sintomi di avvelenamento dopo il contatto con una parte del corpo potrebbero cominciare ad essere visibile fino a un giorno dopo l'esposizione e non possono causare alcun dolore nelle prime ore. È anche possibile utilizzare un processo di terminazione alternativo basato su un HCl-HNO3 soluzione acida12 o una terminazione acidi ricetta13.</li>
	<li>Inserire il substrato in un forno tubolare (Figura 1c) a 20 ° C. Impostare la pressione parziale di fornace a circa 1 atm di ossigeno. Rampa la temperatura a 1000 ° C a una velocità di 20 ° C/min temprare i substrati per 3 ore a 1000 ° C. Dopo le 3 ore, lasciare raffreddare il campione fino a 20 ° C. Rimuovere il substrato. Chiudere la fonte di ossigeno.</li>
	<li>Ripetere il passaggio 1.1 rimuovere successive contaminazioni superficiali promossi durante la ricottura.</li>
</ol>2. preparazione del bersaglio singolo-cristallo LAO:
<ol><li>Meccanicamente polacco un bersaglio di LAO del singolo-cristallo (diametro di 1 pollice) delicatamente con carta vetrata e isopropanolo soluzione come lubrificante. Utilizzando una pistola ad aria compressa azoto secco.</li>
	<li>Montare il target in un carosello. Nota: Essere sicuri che il carosello permette la rotazione di destinazione.</li>
	<li>Inserire il carosello nella camera di loadlock (Figura 2). Lasciate che il bersaglio degassare in vuoto, mentre la camera di pompaggio continuo (fino a quando non raggiunge una pressione nell'intervallo 10-8 mbar). Trasferimento il carosello alla camera di PLD (Figura 3un e 3b). Attendere che la pressione di base è compreso nell'intervallo 10-9 mbar. Nota: In assenza di un loadlock camera e sistema di trasferimento sotto vuoto , il tipico tempo di attesa e pressione base può essere gravemente colpiti.</li>
	<li>Ispezionare l'energia del laser utilizzando un contatore di energia del laser di eccimeri. Per effettuare questa operazione, utilizzare una fessura rettangolare (6 x 16 mm) e un attenuatore esterno subito dopo la sorgente laser per modulare la forma e l'energia del fascio (Figura 4a e 4b). Posto il contatore di energia nel percorso del fascio laser, tra la seconda lente convergente e la finestra di quarzo. Sparare il laser a una frequenza arbitraria, quindi leggere l'energia utilizzando il contatore di energia.</li>
	<li>Impostare l'energia per essere lo stesso (o marginalmente superiore) a quello utilizzato durante la crescita (passo 3.12). Nota: I valori assoluti dell'energia laser potrebbe variare a seconda della geometria dell'installazione. Tuttavia, per LAO ablazione di destinazione, utilizzare un fluence di laser di circa 1 J/cm2 (fluenza = energia/spot area). Inoltre, utilizzare un laser a eccimeri KrF di lunghezza d'onda λ = 248 nm, con una durata di impulso caratteristico di 25 ns e operati ad un minimo di 21 kV (per una migliore riproducibilità di impulso a impulso).</li>
	<li>Ruota la destinazione di LAO a circa 10 giri/min (utilizzando la piattaforma di rotazione della giostra, dove l'obiettivo è montato).<ol>
<li>Adattare la velocità di rotazione di destinazione per la dimensione dello spot e tasso di ripetizione per evitare due scatti consecutivi sovrapposti, potenzialmente condurre ad alcuni surriscaldamento locale o fusione del target e successivo fuori-stechiometria del laser. In Figura 4cviene fornita una descrizione visiva.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Introdurre ossigeno nella camera finché non si ottiene una pressione parziale di ossigeno di 2 x 10-4 mbar. Rimuovere il contatore di energia. Pre-ablazione il bersaglio di LAO a 3 o 4 Hz per 20000 impulsi. Nota: Il laser deve essere impostare in modo che l'angolo tra il raggio e l'obiettivo è di 45° (Figura 4d). Questo relativamente lungo ablazione del singolo-obiettivo LAO è stato trovato per avere un ruolo determinante nella riproducibilità di LAO/STO campione a campione.</li>
</ol>3. crescita di PLD:
<ol><li>Eseguire una scansione di forza atomica (AFM) la microscopia di superficie del substrato STO precedentemente interrotta per verificare la cessazione, la morfologia e la pulizia (Figura 5).</li>
	<li>Utilizzando pasta d'argento, colla il substrato, con la superficie terminata rivolto verso l'alto, per un supporto del campione. Anche se l'orientamento del substrato non è rilevante, essere sicuri che esso è posto al centro del supporto (Figura 6un).</li>
	<li>Scaldarlo fino a circa 100 ° C per 10 min in modo che il solvente evapora e la pasta si solidifica (per conduzione termica ottimale). Lasciate che il portacampioni raffreddare.</li>
	<li>Inserire il supporto del campione all'interno del loadlock. Utilizzando il braccio all'interno del cluster, trasferire il portacampioni alla camera di XPS per analizzare le cime di ossigeno, carbonio e titanio (fare riferimento al passaggio 5 per maggiori dettagli).</li>
	<li>Trasferimento il portacampioni alla camera di PLD, con il substrato rivolto verso il basso verso il target di LAO (Figura 6b).</li>
	<li>Inserire l'ossigeno all'interno della camera di raggiungere una pressione parziale di ossigeno di 2 x 10-4 mbar. Alzare la temperatura del supporto del campione a 730 ° C (a 25 ° C/min).</li>
	<li>Utilizzando la diffrazione di elettroni riflettente ad alta energia (RHEED), allineare il fascio di elettroni al pascolo angolo (compreso tra 1° e 3°) con la superficie del substrato in modo che le macchie di diffrazione sono osservate sullo schermo al fosforo. Monitorare in tempo reale l'intensità di ogni spot utilizzando un software di analisi di immagine e telecamera CCD. Utilizzare una tensione di 30 kV e corrente di 40 µA.</li>
	<li>Posto il portacampioni 63 mm distante dal target. Nota: La distanza di destinazione al substrato potrebbe richiedere un certo grado di ottimizzazione in funzione della geometria del PLD setup utilizzato.</li>
	<li>Sparare il laser al fine di calibrare l'energia in modo che corrisponda a circa 1 J/cm2 (nello stesso modo come descritto al punto 2.4). Ancora una volta, usare una fessura rettangolare (6 x 16 mm) e un attenuatore esterno destra dopo l'uscita del laser per modulare la forma e l'energia del fascio (Figura 4a e 4b).</li>
	<li>Impostare la frequenza del laser di 1 Hz. Stop riprese il laser e rimuovere il contatore di energia.</li>
	<li>Iniziare la rotazione dell'obiettivo LAO (stesso modo come descritto al punto 2.6). Avviare le oscillazioni RHEED lettura. Attendere finché non si stabilizza.</li>
	<li>Cominciate a sparare il laser. Osservare il pennacchio (Figura 6c) e le oscillazioni RHEED (Figura 6d). Arrestare il laser al culmine di uno dell'oscillazione a seconda dello spessore desiderato. Nota: Ricordate che ogni oscillazione rappresenta una cella unitaria (uc) coltivata. Allo scopo di questo esperimento, crescere uc 1 e 2 per il trasporto e gli esperimenti spettroscopici, rispettivamente.</li>
	<li>Dopo la crescita è terminata, arresto la pistola RHEED e procedere alla fase post-ricottura. Nota: La fase post-ricottura avviene subito dopo la crescita è terminata.<ol>
<li>Per iniziare il post-ricottura, aumentare la pressione parziale di ossigeno nella camera da 2 x 10-4 mbar (pressione di crescita) a 1 x 10-1 mbar e diminuire la temperatura del supporto del campione da 730 ° C (temperatura di crescita) a 500 ° C.</li>
		<li>Dopo che la temperatura e la pressione sono stabilizzati, introdurre una pressione parziale di ossigeno statico di circa 300 mbar, mantenendo la temperatura del campione titolare a 500 ° C. Lasciare il campione in queste condizioni per 60 min.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Raffreddare il campione a 25 ° C/min, tenendolo nella stessa pressione parziale di ossigeno fino a che raggiunga la temperatura ambiente.</li>
	<li>Trasferire il campione alla camera di XPS per studiare i cambiamenti possibili Valenza il picco di titanio o la concentrazione relativa di La/Al (fare riferimento al passaggio 5 per maggiori dettagli).</li>
	<li>Per garantire che la superficie di LAO è mantenuta incontaminata, trasferire il campione nel vuoto nella camera "sputtering" (Figura 7a), che viene mantenuto a tutti i tempi ad una pressione nella gamma di 10-8 mbar. Nota: Esecuzione di questi esperimenti ex situ causerà l'accumulo di carbonio e acqua sulla superficie che infine conduce ad alterato risultati.</li>
</ol>4. magnetron Sputtering di Overlayers metallico:
Nota: A seconda del metallo desiderato, parametri quali pressioni Ar, correnti di deposizione e destinazione al substrato distanze potrebbero variare leggermente. Si consiglia di ottimizzare ogni processo di deposizione a seconda della geometria dell'installazione "sputtering" utilizzato. La seguente procedura descrive la deposizione di 3 nm di co.
<ol><li>Collocare il campione con la superficie rivolta verso il basso verso il bersaglio.</li>
	<li>Inserire Ar puro all'interno della camera di polverizzazione per ottenere un'atmosfera di circa 4.5x10-4 mbar (circa 100 sccm).</li>
	<li>Posizionare il substrato (LAO/STO) circa 7 cm di distanza l'obiettivo di Co.</li>
	<li>Con l'otturatore chiuso, rampa di corrente fino a circa 100 mA (36 W) affinché il plasma è bruciato.</li>
	<li>Con un plasma stabile (Figura 7b), inferiore alla corrente di 80 mA (corrente di deposizione), come pure l'afflusso di Ar a 5,2 sccm. Garantire che il plasma rimane stabile.</li>
	<li>Pre-polverizza l'obiettivo di Co per circa 5 minuti rimuovere qualsiasi strato ossidato che si fossero formate sulla sua superficie.</li>
	<li>Con il campione a temperatura ambiente, aprire l'otturatore e deposito per 25 s. nelle vicinanze l'otturatore per concludere la deposizione.<ol>
<li>Per esperimenti di trasporto, deposito di uno strato di tappatura successivo di circa 3 nm di Al (la cui superficie passiva, formando uno strato protettivo di AlOx sopra l'esposizione all'aria) per prevenire l'ossidazione dello strato metallico sottostante. Nota: Il tasso di crescita non viene misurato direttamente all'interno della camera. A tal fine si sviluppano vari campioni con tempi diversi deposizione mentre usando gli stessi parametri. Quindi, misurare lo spessore di ciascun campione utilizzando riflettometria dei raggi x. Eseguire questa procedura una sola volta per ogni bersaglio metallico utilizzato.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Rampa la corrente fino a zero, chiudere l'origine di Ar e l'alloggiamento della pompa.</li>
	<li>Trasferimento ancora una volta il portacampioni alla camera di XPS (Figura 8a) per controllare il cambiamento possibile valenza a livello 2P Ti, nonché una possibile ossidazione all'interfaccia metallo/LAO (fare riferimento al passaggio 5 per ulteriori informazioni).</li>
</ol>5. in spettroscopia fotoelettronica a raggi x Situ:
<ol><li>Collocare il campione con la superficie normale parallela allineato all'asse di analizzatore di elettroni (Figura 8b).</li>
	<li>Approccio la pistola a raggi x più vicino possibile al campione (evitare il contatto meccanico tra la fine della pistola e il portacampioni per evitare danni) e accenderlo.<ol>
<li>In questo esperimento, è necessario utilizzare un'origine di Mg Kα con un'energia di eccitazione di 1253,6 eV. Impostare il filamento per ottenere un'emissione di corrente di 20 mA a tensione anodica di 15 kV. Per quanto riguarda l'ottica di elettrone analizzatore, scegliere una fessura di entrata di 2 mm di diametro e un'uscita a taglio con forma rettangolare 5 x 11 mm. Nota: Consultare il manuale dell'installazione XPS usato per informazioni riguardanti la massima emissione correnti e tensioni dell'anodo. Inoltre, la dimensione di ingresso e uscita scivola potrebbe essere diversa per altre configurazioni specifiche. Se l'analizzatore ha caratteristiche diverse, è possibile scegliere le fessure in modo da evitare troppo alta intensità nell'unità di conteggio dell'elettrone.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Dopo aver acceso la pistola a raggi x, assicurarsi che la camera sia in condizioni di ultra-alte vuoto (10-10 mbar portata). Raccogliere gli spettri di indagine (tra 0 e 1200 eV energia di legame) con un passo selezionato di 0.05 eV, un tempo di sosta pari a 0,5 s, un'energia di passaggio tra 30 e 60 eV e una modalità lente adeguata per ottenere il più piccolo formato di punto possibile. Regolare i valori a seconda della risoluzione destinato.<ol>
<li>Individuare la posizione dei picchi rilevanti (Figura 8c). Per statistiche migliori, misurare ogni picco più volte e media gli spettri raccolti.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Analizzare gli spettri con adeguato software di elaborazione di XPS.<ol>
<li>Al fine di identificare gli elettroni da un determinato passaggio, definire un intervallo di energia che comprende la cima per analizzare.</li>
		<li>Creare una curva di sfondo appropriato (normalmente una Shirley sfondo14) e sottrarre i dati originali.</li>
		<li>Utilizzando riferimenti bibliografici15, individuare i possibili picchi che compongono il picco misurato. Prestare particolare attenzione ai tabulati distanze e intensità relative per diversi picchi. Nota: Un sguardo più in profondità in XPS dati raccolti è fornito nella sezione "Rappresentante risultati" pure come Rif.7.</li>
	</ol>
</li>
</ol>6. Magnetotransport esperimenti:
<ol><li>Utilizzando una macchina a ultrasuoni Cuneo-legame, legame filo il campione di metallo/LAO/STO con fili Al o Au contattare l'interfaccia sepolto ( Figura 9una). Nota: Selezionare una distanza appropriata di Cuneo a campione, la forza e il tempo, a seconda la configurazione utilizzata e il tipo di supporto di misura del trasporto.</li>
	<li>Utilizzare una geometria di 8 fili (4 in van der Pauw - canale 1 - e 4 in geometria Hall - canale 2-). Per effettuare questa operazione, avviare contattando uno dei canali di titolare di misura del trasporto ai quattro angoli del campione in van der Pauw geometria. Quindi, contattare un secondo canale per i contatti precedentemente fatto nell'esempio (Figura 9b).</li>
	<li>Verificare se i contatti sono buoni misurando la resistenza con un multimetro. Per garantire che il campione sia uniforme, verificare che la resistenza misurata in direzioni diverse è all'incirca la stessa, così che la van der Pauw R100≈R010 condizione è soddisfatta. Nota: Se R100 e R010 sono significativamente differenti, la misurazione di van der Pauw dovrebbe essere eseguita in entrambe le direzioni (in seguito Rif.16). Gli studi precedenti proprietà di trasporto elettrico anisotropo forte in LAO/STO17report.</li>
	<li>Montare il supporto in una configurazione di trasporto.<ol>
<li>Misurare la resistenza (canale 1) fino a 2 K.</li>
		<li>A bassa temperatura, misura in sequenza la magnetoresistenza (canale 1) ed effetto Hall (canale 2) eseguendo lo sweep di un campo magnetico esterno e perpendicolare (da -9 a 9 T), una corrente di in genere 10 a 100 µA per metallo/LAO/STO campioni di sourcing.</li>
		<li>Ripetere il punto 6.4.2. per 5K, 10K, 50k, 100K, K 200 e 300 K, al fine di osservare l'evoluzione di magnetoresistenza con temperatura.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<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>

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Durante la chiusura del substrato, uno dovrebbe essere estremamente attento con il tempo sommergenti in soluzione di HF. Abbiamo osservato sotto - e sovra - etched superfici di varia solo 5 s per quanto riguarda la ricetta originale. Inoltre, abbiamo osservato una dipendenza tra substrato passo dimensioni e tempo di sommersione. Per dimensioni di passaggio inferiori (meno di 100 nm) sommergendo 30 s potrebbe portare a sovra-incisione, anche se in seguito la procedura di ricottura potrebbe essere sufficiente per ricostrui...

Sistemi di elettroni 2D quasi (q2DES) sono stati utilizzati estesamente come un parco giochi per studiare una moltitudine di bassa dimensionalità e fenomeni quantistici. A partire dalla carta seminale sul sistema LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO)1, uno scoppio di diversi sistemi che ospitano nuove fasi interfacciale elettronici sono stati creati. La combinazione di diversi materiali ha portato alla scoperta di q2DESs con proprietà aggiuntive, ad esempio di polarizzazione di spin sintonizzabile campo elettrico2, elettrone estremamente elevata mobilità3 o fenomeni accoppiati a ferroelettricità4. Anche se un immenso corpo di lavoro è stato dedicato per svelare la creazione e la manipolazione di questi sistemi, diversi esperimenti e tecniche hanno dimostrato risultati contraddittori, anche in condizioni piuttosto simili. Inoltre, l'equilibrio tra le interazioni elettrostatiche e chimiche è stato trovato per essere essenziale per comprendere correttamente che la fisica a Gioca5,6,7.
In questo articolo, descriviamo accuratamente la crescita di diversi metalli/LAO/STO eterostrutture, utilizzando una combinazione di deposizione laser pulsato (PLD) e in situ magnetron sputtering. Quindi, per comprendere l'effetto delle diverse condizioni della superficie nella q2DES sepolto nell'interfaccia di LAO/STO, viene eseguito uno studio elettronico e chimico, mediante esperimenti di spettroscopia di elettrone e trasporto.
Poiché più metodi precedentemente sono stati usati per crescere cristallina LAO su STO, la scelta delle tecniche di deposizione appropriato è un passo fondamentale per la realizzazione di eterostrutture di ossido di alta qualità (oltre al costo possibile e tempo vincola). Nei dati PLD forniti, un impulso breve e intenso laser colpisce il bersaglio del materiale desiderato, che viene quindi rimosso e viene depositato sul substrato come una sottile pellicola. Uno dei principali vantaggi di questa tecnica è la capacità di trasferire in modo affidabile la stechiometria del target del film, un elemento chiave per realizzare la formazione di fase desiderata. Inoltre, la capacità di eseguire-strati-crescita (monitorato in tempo reale utilizzando la diffrazione di elettroni ad alta energia di riflessione - RHEED) di un vasto numero di ossidi complessi, la possibilità di avere obiettivi multipli all'interno della camera stessa (tempo permettendo la crescita di diversi materiali senza rompere il vuoto) e la semplicità dell'installazione fanno di questa tecnica, uno dei più efficaci e versatili.
Ancora, altre tecniche come l'epitassia da fasci molecolari (MBE) permettono la crescita di crescita epitassiale di qualità ancora più elevata. Invece di avere un bersaglio di un determinato materiale, in MBE ogni elemento specifico si sublima verso il substrato, dove reagiscono con a vicenda per formare strati atomici ben definiti. Inoltre, l'assenza di specie altamente energetico e una distribuzione più uniforme dell'energia consente la realizzazione di interfacce estremamente taglienti8. Questa tecnica è tuttavia molto più complessa di PLD quando si tratta per la crescita di ossidi, poiché deve essere eseguito in ultra-alto vuoto condizioni (in modo che il lungo significa percorso libero non viene distrutta) e richiede in generale un investimento più grande, costo - e comparate. Anche se il processo di crescita utilizzato nelle pubblicazioni LAO/STO prime era PLD, campioni con caratteristiche simili sono stati coltivati da MBE9. Vale anche la pena notare che LAO/STO eterostrutture sono state coltivate utilizzando "sputtering"10. Anche se atomicamente affilate interfacce sono stati raggiunti alle alte temperature (920 ° C) e ossigeno ad alta pressione (0,8 mbar), interfacciale conducibilità non è stato raggiunto.
Per la crescita di metallico strati di coperchiamento, usiamo il magnetron sputtering, poiché fornisce un buon equilibrio tra qualità e flessibilità. Altre tecniche di deposizione basata di vapore chimico potrebbero tuttavia essere utilizzato per ottenere risultati simili.
Infine, la combinazione di tecniche di spettroscopia e di trasporto ha mostrato in questo articolo esemplifica un modo sistematico di interazioni sia elettroniche e chimiche, sottolineando l'importanza di controlli incrociati di diversi approcci per comprendere appieno di sondaggio molte caratteristiche di questi tipi di sistemi.

<table><tbody><tr><td>Deposizione laser pulsata</td><td>SUPERFICIE</td><td>PLD Workstation + UHV Cluster System</td><td></td></tr><tr><td>KrF Laser ad eccimeri</td><td>coerente</td><td>Compex Pro 201F</td><td></td></tr><tr><td>Riflessione Diffrazione di elettroni ad alta energia (pistola elettronica)</td><td>R-Dec Co., Ltd.</td><td>RDA-003G</td><td>distribuito in Europa da SURFACE.</td></tr><tr><td>Diffrazione di elettroni ad alta energia a riflessione (telecamera CCD)</td><td>k-Space Associates, Inc.</td><td>kSA 400</td><td></td></tr><tr><td>Attenuatore di fascio laser variabile</td><td>Metrolux</td><td>ML 2100</td><td></td></tr><tr><td>Sensore laser ad eccimeri</td><td>coerente</td><td>J-50MUV-248</td><td></td></tr><tr><td>LaAlO3 target</td><td>CrysTec</td><td></td><td>Target monocristallino</td></tr><tr><td>SrTiO3 sottendi</td><td>CrysTec</td><td></td><td>Diverse dimensioni. Possibilità di ordinare TiO2 terminato.</td></tr><tr><td>Acido fluoridrico tamponato HF Technic</td><td></td><td>BOE 7:1</td><td>= BOE 7:1 (HF : NH4F = 12,5 : 87,5%) in&nbsp; Qualità VLSI.</td></tr><tr><td>Pasta d'argento</td><td>DuPont</td><td>4929N</td><td>conduttivo Argento composito.</td></tr><tr><td>Pulitore ad ultrasuoni</td><td>Bransonic</td><td>12</td> Forno tubolare <td>da bagno per pulizia ad ultrasuoni</td></tr><tr><td></td><td>AET Technologies</td><td>Forno per trattamento termico Bicchiere</td><td></td></tr><tr>in<td>vetro borosilicato</td><td>VWR</td><td>213-1128</td><td>Forma Iow</td></tr><tr><td>Bicchiere in PTFE</td><td>Dynalon Bicchiere</td><td></td><td></td>in PTFE</tr><tr><td>Supporto per substrato "dipper"</td><td>Eberl&eacute;</td><td></td><td>Bilanciere su misura</td></tr><tr><td>Magnetron Sputtering</td><td>PLASSYS</td><td>Sistema di sputtering</td><td>5 camere per bersagli.</td></tr><tr><td>Obiettivi metallici</td><td>Neyco S.A.</td><td></td><td>Purezza > 99,9%</td></tr> <tr><td>Sistema di spettroscopia fotoelettronica a raggi X</td><td>Sorgente</td> di raggi X <td>Omicron Custom XPS System</td><td></td></tr><tr>Sorgente di<td>raggi X</td> Sorgente di raggi X <td>Omicron</td><td>DAR 400</td><td>a doppio anodo.</td></tr><tr><td>Analizzatore di energia</td><td>Omicron</td><td>EA 125</td><td></td></tr><tr><td>Microscopia a forza atomica</td><td>Bruker</td><td>Innova AFM</td><td></td></tr><tr><td>Sonde per microscopia a forza atomica</td><td>Olympus</td><td>OMCL-AC160TS-R3</td><td>Micro Cantilevers</td></tr><tr><td>Wire bonding</td><td>Kulicke & Magnete 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>

crescita ed elettrostatico/chimica proprietà di metallo/laalo3/srtio3 eterostrutture

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

Il sistema quasi 2D elettrone (q2DES) che si forma all'interfaccia fra LaAlO3 (LAO) e SrTiO3 (STO) ha attirato molta attenzione da parte della comunità elettronica ossido. Una delle sue caratteristiche di segno distintivo è l'esistenza di uno spessore di LAO critico di 4 unità-celle (uc) per conducibilità interfacciale ad emergere. Anche se elettrostatiche meccanismi sono stati proposti in passato per descrivere l'esistenza di questo spessore critico, l'importanza dei difetti chimici è stato recentemente accentuato. Qui, descriviamo la crescita delle eterostrutture di metallo/LAO/STO in un sistema ultra-ad alto vuoto (UHV) cluster combinando deposizione laser pulsato (a crescere il LAO), magnetron sputtering (per far crescere il metallo) e spettroscopia fotoelettronica a raggi x (XPS). Studiamo, passo dopo passo, la formazione e l'evoluzione del q2DES e le interazioni chimiche che avvengono tra il metallo e il LAO/STO. Inoltre, esperimenti di magnetotransport delucidano sul trasporto e proprietà elettroniche della q2DES. Questo lavoro sistematico non solo viene illustrato un modo per studiare l'interazione elettrostatica e chimica tra il q2DES e il suo ambiente, ma anche Sblocca la possibilità agli strati tappatura multifunzionale di coppia con la ricca fisica osservata in bidimensionale sistemi elettronici, permettendo la realizzazione di nuovi tipi di dispositivi.

Il sistema completo sperimentale usato per la crescita e caratterizzazione è illustrato nella Figura 2. Avendo diverse configurazioni di memoria collegati in UHV attraverso una camera di distribuzione è altamente consigliato per accertarsi che la superficie del campione dopo ogni processo di crescita è mantenuto incontaminato. La camera di PLD (Figura 3), magnetron sputtering (Figura 7) e camera di X...

Noi fabbricare eterostrutture di metallo/LaAlO3/SrTiO3 utilizzando una combinazione di deposizione laser pulsato e in situ magnetron sputtering. Attraverso magnetotransport ed in situ esperimenti di spettroscopia fotoelettronica a raggi x, studiamo l'interazione fra fenomeni elettrostatici e chimici del gas elettronici bidimensionali quasi formata in questo sistema.

Crescita ed elettrostatico/chimica proprietà di metallo/LaAlO3/SrTiO3 eterostrutture

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

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di fabbricare e studiare eterostrutture metalliche di tipo lantanio-alluminato-stronzio utilizzando una combinazione di deposizione laser pulsata, magnetron sputtering, spettroscopia di fotoemissione a raggi X ed esperimenti di trasporto di magneti. Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave sull'interazione tra fenomeno elettrostatico e chimico del gas di elettroni quasi bidimensionale formato in questi tipi di sistemi. I principali vantaggi di questa tecnica sono la sua semplicità e versatilità, che insieme consentono la crescita strato per strato di alta qualità di film ultrasottili multi-potenza.Per prima cosa, riempi d'acqua un pulitore a ultrasuoni da 40 kilohertz e riscalda il bagno a 60 gradi Celsius. Aggiungere a un bicchiere di vetro borosilicato una quantità sufficiente di acetone per riempire il bicchiere ad almeno il 20% del suo volume massimo. Inserire nel becher un substrato monocristallino STO orientato 001 orientato su un solo lato con terminazione miscelata.Sonicare il substrato in acetone per tre minuti. Asciugare il substrato sotto un getto di azoto gassoso da una pistola ad aria compressa. Ripetere la sonicazione in isopropanolo e acqua deionizzata in sequenza.Montare il substrato pulito in un mestolo di fluoruro di polivinilidene. Riempire un altro bicchiere di vetro borosilicato con acqua deionizzata corrente. Quindi, riempire circa il 20% di un becher di politetrafluoroetilene di dimensioni simili con acido fluoridrico tamponato con fluoruro di ammonio.Utilizzare il mestolo per immergere il substrato nella mordenzatura all'ossido tamponato per esattamente 30 secondi. Trasferire immediatamente il substrato mordenzato nel becher di acqua deionizzata corrente. Agitare delicatamente il substrato nell'acqua deionizzata che scorre per due minuti.Asciugare il substrato sotto un flusso di azoto gassoso e ricuocere il substrato inciso in un ambiente di ossigeno a 1000 gradi Celsius. Successivamente, lucidare delicatamente meccanicamente un bersaglio LAO a cristallo singolo da un pollice con carta vetrata all'ossido di alluminio a grana 180 lubrificata con isopropanolo. Una volta che la superficie appare omogenea, asciugare il bersaglio sotto un flusso di azoto gassoso.Monta il bersaglio LAO lucido in una giostra che consente la rotazione del bersaglio. Inserire il carosello nella camera di blocco del carico, evacuare la camera e trasferire il carosello in una camera di deposizione laser pulsata. Una volta che la pressione della camera di deposizione laser pulsata raggiunge i 10-9 millibar, fornire ossigeno alla camera per ottenere una pressione parziale dell'ossigeno di 2x10 ai 4 millibar, quindi posizionare un misuratore di energia laser ad eccimeri nel percorso del raggio laser al fluoruro di kripton-fluoruro tra la seconda lente convergente e la finestra di quarzo.Imposta il laser su una frequenza arbitraria e leggi l'energia sul misuratore. Seleziona la rotazione del bersaglio, rimuovi il contatore di energia e pre-ablazione del bersaglio a tre o quattro hertz per 20.000 impulsi per pulirne la superficie. Prima della preparazione del campione, utilizzare la microscopia a forza atomica per confermare la terminazione, la morfologia e la pulizia della superficie del substrato STO terminato.Utilizzare la pasta d'argento conduttiva per fissare il substrato STO terminato a un portacampioni con la superficie terminata rivolta verso l'alto, assicurandosi che il substrato si trovi al centro del supporto. Riscaldare il portacampione su una piastra calda a 100 gradi Celsius per 10 minuti per far evaporare il solvente e solidificare la pasta per una conduzione termica ottimale. Quindi, lasciare raffreddare il portacampioni a temperatura ambiente.Inserire il portacampione nella camera di blocco del carico e trasferire il supporto nella camera di spettroscopia fotoelettronica a raggi X. Allineare il campione con la normale alla superficie parallela all'asse dell'analizzatore di elettroni. Spostare la pistola a raggi X il più vicino possibile al campione senza consentire il contatto meccanico tra la pistola e il supporto del campione.Dopo essersi assicurati che la camera sia sotto vuoto ultra alto, accendere la pistola a raggi X. Acquisisci uno spettro di indagine compreso tra 12.000 e 0 elettronvolt, con un passo selezionato di 0,2 elettronvolt, un tempo di permanenza di 0,2 secondi, un'energia di passaggio compresa tra 30 e 60 elettronvolt e la dimensione dello spot più piccola possibile. Acquisisci uno spettro di picchi di interesse per la successiva analisi elementare.Dopo l'analisi XPS iniziale del campione, trasferire il supporto del campione nella camera PLD e posizionare il supporto in modo che il substrato sia rivolto verso il target LAO. Fornire ossigeno alla camera per ottenere una pressione parziale dell'ossigeno di 2x10 fino a 4 millibar. Aumentare la temperatura del portacampioni a 730 gradi Celsius a 25 gradi Celsius al minuto, quindi impostare la pistola di diffrazione elettronica ad alta energia a riflessione su una tensione di sorgente di 30 kilovolt e una corrente di circa 50 microampere.Con il portacampioni, posizionare a 63 millimetri di distanza dal bersaglio, allineare il fascio di elettroni letto con la superficie del substrato con un angolo radente compreso tra uno e tre gradi, in modo che i punti di diffrazione appaiano sullo schermo al fosforo. Monitora le intensità dei punti in tempo reale tramite una telecamera CCD e un software di analisi delle immagini. Una volta che la lettura si è stabilizzata, avviare il laser.Osserva il pennacchio e monitora le oscillazioni lette. Arrestare il laser al culmine di un'oscillazione al raggiungimento dello spessore desiderato. Spegnere la pistola di lettura, ridurre la temperatura del supporto a 500 gradi Celsius e aumentare la pressione parziale dell'ossigeno della camera a 0,1 millibar.Una volta che la temperatura e la pressione sono stabili, aumentare la pressione parziale dell'ossigeno a 300 millibar e ricuocere il campione a 500 gradi Celsius per 60 minuti. Analizzare l'esempio LAO/STO con XPS. Trasferire il portacampioni con il substrato LAO/STO nella camera di sputtering sotto vuoto.Posizionare il supporto in modo che il substrato si trovi a circa 7 cm dal bersaglio di cobalto. Fornire gas argon puro alla camera di sputtering. Con l'otturatore del bersaglio chiuso, ramp la corrente a circa 100 milliampere per accendere il plasma.Ridurre la corrente a 80 milliampere e diminuire l'alimentazione di argon a 5,2 sccm, pre-sputtering il bersaglio di cobalto, quindi aprire l'otturatore e depositare il cobalto per 25 secondi. Chiudere l'otturatore per terminare la deposizione. Per gli esperimenti di trasporto, depositare uno strato di copertura di tre nanometri di alluminio per prevenire l'ossidazione dello strato metallico sottostante in seguito all'esposizione all'aria.In caso contrario, analizzare il campione con XPS dopo la deposizione di cobalto. Rimuovere il portacampioni dal sistema e trasferire il campione in un supporto per la misurazione del trasporto. Nella fase di campionamento di una macchina per l'incollaggio a cuneo ultrasonico, utilizzare fili di alluminio o oro con un diametro di 0,025 millimetri per collegare i quattro angoli del campione a un canale del supporto di misurazione del trasporto nella geometria dello scafo.Assicurarsi che i fili aderiscano bene alla superficie del campione. Quindi, collegare i quattro angoli a un secondo canale nella geometria vanderpow. Controllare i contatti con un multimetro.Monta il supporto in una configurazione di trasporto e misura la resistenza del magnete e l'effetto dello scafo a varie temperature. Le misurazioni del trasporto del magnete hanno mostrato un comportamento sorprendentemente vario a seconda dello strato metallico depositato. I campioni LAO/STO ricoperti di metalli reattivi hanno mostrato tracce di scafo a forma di S, indicando che si era formato un sistema di elettroni bidimensionali interfacciale quaside.Simili campioni di LAO/STO di due celle ricoperte di metalli nobili, hanno mostrato tracce lineari dello scafo con variazioni di resistenza di poche decine di milliohm su 4 tesla. Coerente con un'interfaccia isolante in cui è stato rilevato solo lo strato metallico. L'XPS di un campione di LAO/STO con una cella unitaria rivestita in tantalio ha mostrato picchi di ossido di tantalio e una soppressione parziale o totale della caratteristica metallica del tantalio, suggerendo che l'ossigeno tendeva a diffondersi verso il metallo dalla superficie della perovskite.Gli atomi di titanio ospitavano alcuni degli elettroni rilasciati nel reticolo dalla formazione di vacanti di ossigeno sulla superficie della perovskite, cambiando lo stato di valenza del titanio da 4 a 3 e formando un sistema di elettroni 2D quaside. Il rapporto di intensità tra titanio 3+ e titanio 4+ era di circa il 20%La modifica dell'angolo di decollo degli elettroni da 0 a 50 gradi ha avuto un effetto minimo sull'intensità del titanio 3+, indicando che il sistema di elettroni 2D quaside si estendeva oltre la massima profondità di sondaggio XPS di cinque nanometri. Una volta padroneggiata, la procedura completa per un campione può essere eseguita in circa uno o due giorni.Durante il tentativo di eseguire la crescita PLD, prestare particolare attenzione alla qualità sia dei substrati che dei target utilizzati. Eseguire analisi aggiuntive se i campioni cresciuti non mostrano le proprietà previste. Grazie alla sua versatilità, questa procedura consente la creazione e l'analisi altamente controllata di praticamente qualsiasi tipo di eterostruttura di ossido, nonché la possibilità di esplorare una moltitudine di nuovi effetti fisici interfacciali e di superficie.

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