Name: Zaawansowane metody eksperymentalne do niskotemperaturowych pomiarów magnetotransportu nowych materiałów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-01-21T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 36 s
Description: Poznaj metodę pomiaru właściwości elektrycznych monowarstwowych materiałów cienkowarstwowych w niskich temperaturach i silnych polach magnetycznych. Technika ta umożliwia badanie współoddziaływań elektronowych w heterostrukturach.

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

Ta praca jest wspierana przez Narodowy Instytut Standardów i Technologii Departamentu Handlu Stanów Zjednoczonych.

<ol><li>Doty, F. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Properties+of+CdZnTe+crystals+grown+by+a+high+pressure+Bridgman+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Properties of CdZnTe crystals grown by a high pressure Bridgman method.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 10 (4), 1418-1422 (1992).</li>
<li>Ikesue, A., Kinoshita, T., Kamata, K., Yoshida, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+optical+properties+of+high-performance+polycrystalline+Nd-YAG+Ceramics+for+Solid-State+Lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Ceramic+Society%22%5BJournal%5D)">Fabrication and optical properties of high-performance polycrystalline Nd-YAG Ceramics for Solid-State Lasers.</a> Journal of the American Ceramic Society. 78 (4), 1033-1040 (1995).</li>
<li>Elwell, D., Scheel, H. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aElwell%2C+D+%22Crystal+Growth+From+High-Temperature+Solutions%22">Crystal Growth From High-Temperature Solutions</a>. , Academic Press. London. (2011).</li>
<li>Doty, F. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Properties+of+CdZnTe+crystals+grown+by+a+high+pressure+Bridgman+method%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Vacuum+Science+%26+Technology+B%22%5BJournal%5D)">Properties of CdZnTe crystals grown by a high pressure Bridgman method.</a> Journal of Vacuum Science & Technology B. 10 (4), 1418-1422 (1992).</li>
<li>Ikesue, A., Kinoshita, T., Kamata, K., Yoshida, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+optical+properties+of+high-performance+polycrystalline+Nd-YAG+Ceramics+for+Solid-State+Lasers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Ceramic+Society%22%5BJournal%5D)">Fabrication and optical properties of high-performance polycrystalline Nd-YAG Ceramics for Solid-State Lasers.</a> Journal of the American Ceramic Society. 78 (4), 1033-1040 (1995).</li>
<li>Elwell, D., Scheel, H. J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aElwell%2C+D+%22Crystal+Growth+From+High-Temperature+Solutions%22">Crystal Growth From High-Temperature Solutions</a>. , Academic Press. London. (2011).</li>
<li>Therese, G. H. A., Kamath, P. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+Synthesis+of+Metal+Oxides+and+Hydroxides%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Electrochemical Synthesis of Metal Oxides and Hydroxides.</a> Chemistry of Materials. 12, 1195-1294 (2000).</li>
<li>Capper, P. Bulk Crystal Growth - Methods and Materials. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aCapper%2C+P+%22Handbook+of+Electronic+and+Photonic+Materials%22">Handbook of Electronic and Photonic Materials</a>. , Springer. New York. 231-254 (2007).</li>
<li>Seiler, D. G., Becker, W. M., Roth, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inversion-Asymmetry+Splitting+of+the+Conduction+Band+in+GaSb+from+Shubnikov-de+Haas+Measurements%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Inversion-Asymmetry Splitting of the Conduction Band in GaSb from Shubnikov-de Haas Measurements.</a> Physical Review B. 1, 764-775 (1970).</li>
<li>Greenblatt, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molybdenum+Oxide+Bronzes+with+Quasi-Low-Dimensional+Properties%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Molybdenum Oxide Bronzes with Quasi-Low-Dimensional Properties.</a> Chemical Reviews. 88, 31-53 (1988).</li>
<li>Novoselov, K. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-dimensional+gas+of+massless+Dirac+fermions+in+graphene%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene.</a> Nature. 438, 197-200 (2005).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((One-Dimensional+Electrical+Contact+to+a+Two-Dimensional+Metal%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">One-Dimensional Electrical Contact to a Two-Dimensional Metal.</a> Science. 342, 614-617 (2013).</li>
<li>Giessibl, F. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+Atomic+Force+Microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Reviews+of+Modern+Physics%22%5BJournal%5D)">Advances in Atomic Force Microscopy.</a> Reviews of Modern Physics. 75, 949-983 (2003).</li>
<li>Smith, K. C. A., Oatley, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Scanning+Electron+Microscope+and+its+Fields+of+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22British+Journal+of+Applied+Physics%22%5BJournal%5D)">The Scanning Electron Microscope and its Fields of Applications.</a> British Journal of Applied Physics. 6, 391-399 (1955).</li>
<li>Geim, A. K., Grigorieva, I. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Van+der+Waals+heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Van der Waals heterostructures.</a> Nature. 499, 419-425 (2013).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak sprzecznych interesów finansowych. W artykule tym zidentyfikowano komercyjne materiały, instrumenty i sprzęt, aby jak najpełniej określić procedurę eksperymentalną. W żadnym wypadku taka identyfikacja nie oznacza rekomendacji ani poparcia ze strony National Institute of Standards.

Po pozyskaniu wysokiej jakości próbek masowych, charakteryzujących się odpowiednim składem i strukturą, próbki są kształtowane w geometrię przedstawioną przez złuszczanie płatków próbki na 1 cm × 1 cm kawałkach podłoża. Preferowane są substraty składające się z silnie domieszkowanego Si domieszkowanego p, pokrytego około 300 nmSiO2 , ponieważ zwiększają one przestrzeń parametrów eksperymentalnych, umożliwiając zastosowanie tylnej bramki. Próbki muszą być wystarczająco cienkie – mniej niż 10 nm – aby wywołać wy...

Pogoń za platformami materiałowymi dla zaawansowanej technologii elektronicznej wymaga metod wysokoprzepustowej syntezy materiałów i późniejszej charakteryzacji. Nowe materiały będące przedmiotem zainteresowania w tym dążeniu mogą być wytwarzane masowo przez bezpośrednią syntezęreakcyjną 1,2, wzrost elektrochemiczny3,4 iinne metody5 w szybszy sposób niż bardziej skomplikowane techniki osadzania cienkich warstw monokryształów, takie jak epitaksja wiązki molekularnej lub chemiczne osadzanie z fazy gazowej. Konwencjonalną metodą pomiaru właściwości transportowych masowych próbek krystalicznych jest rozszczepienie prostokątnego fragmentu w kształcie graniastosłupa o wymiarach około 1 mm x 1 mm x 6 mm i przymocowanie przewodów drucianych do próbki w konfiguracji prętów Halla6.
Niektóre materiały stanowią wyzwanie, gdzie tradycyjna metoda produkcji masowych urządzeń do transportu próbek jest niewystarczająca do wyprodukowania mierzalnego urządzenia do pomiaru próbek. Może to wynikać z faktu, że wytworzone kryształy są zbyt małe, aby można było do nich przymocować druty ołowiane, nawet pod silnym mikroskopem optycznym, ponieważ pożądana grubość próbki jest rzędu jednej do zaledwie kilku monowarstw, lub dlatego, że ma się na celu zmierzenie stosu warstwowych materiałów dwuwymiarowych o grubości bliskiej lub subnanometrowej. Pierwsza kategoria składa się na przykład z nanodrutów i niektórych preparatów brązów z tlenku molibdenu7. Druga kategoria składa się z pojedynczych lub bardzo niewielu warstw materiałów dwuwymiarowych, takich jak grafen8, TMD (MoS2, WTe2 itp.) i izolatory topologiczne (Bi2Se3, BixSb1-xTe3 itp.). Trzecia kategoria składa się z heterostruktur przygotowanych przez układanie poszczególnych warstw materiałów dwuwymiarowych w drodze ręcznego montażu poprzez transfer warstw, w szczególności trójwarstwowego stosu hBN-grafen-hBN9.
Badania eksploracyjne nowych materiałów elektronicznych wymagają odpowiednich metod do produkcji urządzeń na trudnych do zmierzenia próbkach. Często pierwsza partia nowego materiału zsyntetyzowanego w wyniku bezpośredniej reakcji lub wzrostu elektrochemicznego daje bardzo małe monokryształy o wymiarach rzędu mikronów. W przeszłości takie próbki okazywały się niezwykle trudne do przymocowania metalowych styków, co wymagało poprawy parametrów wzrostu próbki w celu uzyskania większych kryształów w celu łatwiejszego wytwarzania urządzeń transportowych, co stanowiło przeszkodę w wysokoprzepustowych badaniach nad nowymi materiałami. Aby umożliwić szybką charakterystykę materiałów, opracowano metodę wytwarzania urządzeń dla bardzo małych próbek, która umożliwia charakteryzację nowych materiałów zaraz po wyprodukowaniu wstępnej partii. Niewielka odmiana tej metodologii ma zastosowanie do wytwarzania urządzeń wykorzystujących złuszczone próbki materiałów dwuwymiarowych, takich jak grafen, hBN i TMD, a także wielowarstwowych heterostruktur takich materiałów. Urządzenia są przyklejane i łączone drutem z pakietem w celu włożenia do komercyjnego magnesu nadprzewodzącego, systemu magnetotransportu kriosstatu suchego helu o krótkim cyklu. Pomiary transportowe wykonywane są w temperaturach do 0,300 K i polach magnetycznych do 12 T.

<table><tbody><tr><td>Cryogenic Limited 12 T CFMS</td><td>Cryogen Limited</td><td>CFM-12T-H3- IVTI-25</td><td>System magnetotransportu dostosowany do magnesu z modulowanym polem (krok 4)</td></tr><tr><td>7270 DSP Wzmacniacz lock-in</td><td>Signal Recovery</td><td>7270</td><td>do pomiarów źródła/drenu i napięcia (krok 4)</td></tr><tr><td>GS200 Źródło napięcia/prądu DC</td><td>Yokogawa</td><td>GS200</td><td>Źródło napięcia do aplikacji napięcia bramki (krok 4)</td></tr><tr><td>2636B Miernik systemowy</td><td>Keithley</td><td>2636B</td><td>Miernik źródła do pomiarów źródła/drenu i napięcia</td></tr><tr><td>DWL 2000 Generator wzorów laserowych</td><td>Heidelberg Instruments</td><td>DWL 2000</td><td>Generuj chromowaną maskę do litografii lokalizacji/wyrównania podłoża wzór cech (krok 1.3)</td></tr><tr><td>Suss MicroTec MA6/BA6 Aligner kontaktowy</td><td>Suss</td><td>MA6</td><td>Służy do litografii wzorca cech lokalizacji/wyrównania podłoża (krok 1.4.12)</td></tr><tr><td>System litografii wiązką elektronów bezpośredniego zapisu</td><td>JEOL JEOL</td><td>JBX 6300-FS&nbsp;</td><td>Wykonywanie litografii urządzeń w wysokiej rozdzielczości</td></tr><tr><td>System rozpylania Discovery 550</td><td>Denton</td><td>Vacuum Discovery 550</td><td>Wykonaj rozpylanie SiO2 (krok 2.5)</td></tr><tr><td>Parownik wiązki elektronów Infinity 22</td><td>Denton Vacuum</td><td>Infinty 22</td><td>Wykonaj osadzanie Cr/Au (kroki 1.5 i 3.7)</td></tr><tr><td>Unaxis 790 Reaktywny wytrawiacz jonowy</td><td>Unaxis</td><td>Unaxis 790</td><td>Wytrawianie próbki w strukturze pręta Halla (krok 3.4)</td></tr><tr><td>PMMA 495 A4</td><td>MicroChem</td><td>PMMA 495 A4</td><td>Powłoka polimerowa/maska wiązki elektronów do litografii (krok 3.5.1)</td></tr><tr><td>PMMA 950 A4</td><td>MicroChem</td><td>PMMA 950 A4</td><td>Powłoka polimerowa/maska wiązki elektronów do krojenia próbek w kostkę i litografii (kroki 1.7.3, 3.3.1 i 3.5.2)</td></tr><tr><td>S1813 dodatni fotorezystor</td><td>MicroChem</td><td>S1813 G2</td><td>Dodatni fotorezystor (krok 1.4.8)</td></tr><tr><td>Rezystancja LOR</td><td>MicroChem</td><td>LOR 3A</td><td>Rezystancja podnoszenia (krok 1.4.3)</td></tr><tr><td>1:3 Programista MIBK:IPA PMMA</td><td>MicroChem</td><td>1:3 Programista MIBK:IPA</td><td>PMMA</td></tr><tr><td>Deweloper MF-321 Deweloper</td><td>MicroChem</td><td>MF-321</td><td>Novolac Dodatni roztwór deweloperski kompatybilny z fotorezystem (krok 1.4.15)</td></tr><tr><td>Diglycydylowy polidimetylosiloksan</td><td>Sigma Aldrich</td><td>SA 480282</td><td>Do układania warstwowego materiału (krok 2.6.1)</td></tr><tr><td>Węglan polipropylenu</td><td>Sigma Aldrich</td><td>SA 389021</td><td>Do układania warstwowego materiału (krok 2.6.2)</td></tr></tbody></table>

zaawansowane metody eksperymentalne do niskotemperaturowych pomiarów magnetotransportu nowych materiałów

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Nowatorskie materiały elektroniczne są często wytwarzane po raz pierwszy w procesach syntezy, które dają kryształy objętościowe (w przeciwieństwie do syntezy cienkich warstw monokryształów) w celu badań nad materiałami eksploracyjnymi. Niektóre materiały stanowią wyzwanie, w którym tradycyjna metoda wytwarzania masowych prętów Halla jest niewystarczająca do wytworzenia mierzalnego urządzenia do pomiaru transportu próbki, głównie dlatego, że rozmiar pojedynczego kryształu jest zbyt mały, aby podłączyć przewody druciane do próbki w konfiguracji pręta Halla. Może to wynikać na przykład z tego, że pierwsza partia zsyntetyzowanego nowego materiału daje bardzo małe monokryształy lub dlatego, że pożądane są płatki próbek składających się z jednej do bardzo niewielu monowarstw. Aby umożliwić szybką charakterystykę materiałów, która może być prowadzona równolegle z ulepszaniem metodologii ich wzrostu, opracowano metodę wytwarzania urządzeń dla bardzo małych próbek, aby umożliwić charakteryzację nowych materiałów zaraz po wyprodukowaniu wstępnej partii. Niewielka odmiana tej metodyki ma zastosowanie do wytwarzania urządzeń wykorzystujących złuszczone próbki materiałów dwuwymiarowych, takich jak grafen, heksagonalny azotek boru (hBN) i dichalkogenki metali przejściowych (TMD), a także wielowarstwowych heterostruktur takich materiałów. W tym miejscu przedstawiamy szczegółowe protokoły wytwarzania przez urządzenie eksperymentalne fragmentów i płatków nowych materiałów o wymiarach mikronowych na podłożu, a następnie pomiaru w komercyjnym magnesie nadprzewodzącym, systemie magnetotransportu kriosstatu o krótkim cyklu suchego helu w temperaturach do 0,300 K i polach magnetycznych do 12 T.

Rysunek 3 przedstawia typowy układ z paskiem Halla uformowany na potrzeby eksperymentu z magnetotransportem w niskiej temperaturze. Obraz optyczny na górnej części rysunku pokazuje poprawnie wykonany pasek Halla z grafenu/hBN; dolny obraz przedstawia schemat urządzenia ze stanami brzegowymi Landauera-Büttikera wynikającymi z poziomów Landau (LLs) – mechanizmem transportu, który można wykorzystać do obliczenia wartości skwantyzowanych rezystancji Halla, których badanie eks...

Opisujemy metodologię mechanicznego złuszczania i osadzania płatków nowych materiałów o wymiarach mikronowych na podłożu, wytwarzania eksperymentalnych struktur urządzeń do eksperymentów transportowych oraz pomiaru magnetotransportu w suchym helu w zamkniętym cyklu w temperaturach do 0,300 K i polach magnetycznych do 12 T.

Zaawansowane metody eksperymentalne do niskotemperaturowych pomiarów magnetotransportu nowych materiałów

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest pomiar charakterystyki elektrycznej monokryształów jednowarstwowych materiałów cienkowarstwowych o interesujących właściwościach elektronicznych. Metoda ta może pomóc w udzieleniu odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie nanoelektroniki, takie jak sposób, w jaki pojedyncze warstwy różnych materiałów, ułożone jedna na drugiej, oddziałują elektronicznie oraz jakie jest wynikające z tego zachowanie elektroniczne powstałej heterostruktury. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala ona na otrzymanie wysokiej jakości, wolnych od defektów próbek wielowarstwowych do pomiarów transportowych.Choć metoda ta pozwala na uzyskanie informacji o grafenie, może być ona zastosowana również do innych układów, takich jak dichalkogenki metali przejściowych, izolatory topologiczne i inne materiały warstwowe. Przygotowanie podłoża zostało opisane w protokole tekstowym. Płatki powinny pochodzić z wysokiej jakości próbki objętościowej.W pierwszej kolejności należy przeprowadzić eksfoliację płatków próbki. Przygotować kawałki standardowej taśmy do dicingu wafli o wymiarach 1x3 cm i odsłonić 1 cm² powierzchni klejącej, odrywając papier ochronny. Docisnąć część klejącą do próbki objętościowej na szkiełku.Należy upewnić się, że większa część powierzchni klejącej jest pokryta próbką. Następnie należy docisnąć taśmę do strony klejącej innego kawałka i odkleić je od siebie. Czynność tę należy powtarzać do momentu, aż płatki próbki przyklejone do taśmy do dicingu staną się przezroczyste.Następnie dociśnij taśmę z płatkami próbki do przygotowanego podłoża. Oderwij taśmę, pozostawiając płatki przytwierdzone do podłoża. Obejrzyj podłoże pod mikroskopem.Należy zaznaczyć położenie odpowiedniego płatka na podłożu, korzystając z naniesionych na nie znaczników pozycyjnych. Następnie należy zmierzyć grubość płatka za pomocą mikroskopu sił atomowych. Powinna ona wynosić mniej niż 100 nanometrów.Opcjonalnie można nanieść metodą rozpylania dwutlenek krzemu na próbkę, aby stworzyć matrycę izolacyjną oraz przytwierdzić próbkę do podłoża. W celu wytworzenia heterostruktur składających się z wielu płatków, należy przygotować stosy płatków. Najpierw wykonaj przezroczystą mechaniczną stempel z PDMS i PPC zgodnie z opisem w protokole tekstowym.Następnie, używając mikropozycjonera, ustaw stempel nad pierwszym płatkiem materiału warstwowego w stosie heterostruktury. Następnie dostosuj oś Z, aby docisnąć stempel do płatka próbki. Krok ten wymaga cierpliwości, precyzji i uważnego obserwowania niewielkich zmian koloru PPC PDMS w momencie kontaktu z płatkami próbki.Następnie należy podgrzać próbkę do około 40 °C za pomocą grzałki rezystancyjnej umieszczonej pod próbką. Zwiększa to siłę przyciągania między PPC a próbką. Po dwóch minutach grzania powoli unieś stempel.Płatek próbki powinien zostać przymocowany do PPC. Teraz należy umieścić stempel mechaniczny z przymocowanym płatkiem próbki nad kolejnym płatkiem materiału warstwowego, który ma zostać użyty w stosie. Należy uważnie kontrolować wyrównanie i powoli opuszczać stempel, aż przymocowany płatek zetknie się z kolejnym płatkiem.Następnie lekko dociśnij próbkę. Potem ponownie podgrzej próbkę do 40 °C przez dwie minuty. Następnie powoli unieś stempel; kolejny płatek próbki powinien przywrzeć, tworząc stos.Powtarzaj ten proces, aż powstanie stos o pożądanej wielkości. Następnie przenieś stos heterostruktury na nowy podłoże, najpierw delikatnie dociskając stempel do nowego kawałka podłoża. Następnie podgrzewaj stempel i podłoże do 100 °C przez pięć minut.Przy zachowaniu temperatury 100 °C powoli podnieś stempel, pozostawiając stos na podłożu. Pierwszy krok niniejszego protokołu polega na wykorzystaniu obrazów próbki przy powiększeniu 20 X i 100 X w celu przygotowania projektu do litografii wiązką elektronów. Wynikiem jest projekt sześcioterminalnego paska Halla.Kolejnym krokiem jest naniesienie wzoru projektu w PMMA. Najpierw na czterocalowy wafelek nanosi się warstwę PMMA o masie cząsteczkowej 950 000, wykorzystując wirówkę z prędkością 5 000 RPM przez dwie minuty. Następnie wafelek wypieka się w temperaturze 180 °C przez dwie minuty.Następnie pozostawić do ostygnięcia przez kilka kolejnych minut przed użyciem. Teraz załadować próbkę do systemu litografii wiązką elektronów. Następnie, zgodnie ze standardowymi protokołami, nanieść wzór na podłoże pokryte PMMA.Następnie wytraw próbkę, tworząc strukturę mesa w kształcie paska Halla. Używając systemu trawienia jonami reaktywnymi, wytraw próbkę w kształt paska Halla, korzystając z wcześniej przygotowanego wzoru maski. Po zakończeniu trawienia usuń PMMA za pomocą acetonu, a następnie wypłucz izopropanolem, a później wodą.Aby przygotować maskę z rezystu do litografii wiązką elektronów w celu osadzenia kontaktów metalowych, należy nałożyć dwie warstwy PMMA. Pierwszą warstwę przygotowuje się z PMMA o masie cząsteczkowej 495 000, a drugą z PMMA o masie cząsteczkowej 950 000. Następnie, tak jak wcześniej, należy wykorzystać system litografii wiązką elektronów do wykonania wzoru kontaktów na waflu.Ostatnie etapy polegają na naniesieniu metalu z chromu i złota na próbkę za pomocą odparowywacza wiązką elektronów, a następnie przeprowadzeniu procesu lift-off metalu. Procesy te zostały szczegółowo opisane w protokole tekstowym. W celu przeprowadzenia eksperymentu z magnetotransportem należy najpierw przygotować układ transportu elektrycznego z wykonaną próbką.Następnie mocno przymocuj opakowanie do końcówki sondy. Potem podłącz wszystkie urządzenia diagnostyczne do sondy. Zabezpiecz połączenia z kanałem kontroli temperatury oraz z kanałami pomiarów elektrycznych.Teraz odpowietrz śluzę, wprowadź końcówkę sondy i zablokuj ją w miejscu za pomocą zacisku oraz pierścienia O. Następnie ustaw parametry pomiarów transportowych zgodnie z konkretnym typem sondy. Po tym odessaj powietrze i parę wodną ze śluzy za pomocą pompy próżniowej przez czas niezbędny do uzyskania wymaganej próżni.Zamknij wymiannik i zamknij zawory śluzy. Teraz otwórz zawory oddzielające przestrzeń śluzy od przestrzeni pomiarowej. Następnym krokiem jest wprowadzenie wymaganej objętości gazu do przestrzeni sondy.Następnie dostosuj temperatury mini sorbu i głównego sorbu zgodnie z potrzebami. Powoli opuść sondę do centrum przestrzeni pomiarowej. Następnie schłodź system do temperatury bliskiej zeru Kelwinów, zależnie od rodzaju sondy.Po obniżeniu temperatury należy rozpocząć pomiary transportowe w zakresie różnych temperatur, pól magnetycznych, napięć bramkowych i innych parametrów. Zgodnie z opisem, do eksperymentu z magnetotransportem w niskiej temperaturze wykonano urządzenie z paskiem Halla w grafenie osadzonym na heksagonalnym azotku boru. Ten schemat przedstawia stany trawienia Landauera-Buttikera, które wynikają z poziomów Landau.Stan trawienia ten zapewnia mechanizm transportu pozwalający na obliczenie wartości zmierzonych rezystancji Halla. Parametry eksperymentalne obejmowały poddanie urządzenia działaniu pól magnetycznych o natężeniu do 12 Tesla, temperatur do 0,3 Kelvin oraz napięć bramkowych do 30 voltów. Płaskowyże zmierzonej rezystancji Halla odpowiadają wypełnieniu poziomów Landau.Jest to modelowy przykład kwantowego efektu Halla. Przy indukcji sześciu Tesli badano rezystancję Halla oraz rezystancję podłużną jako funkcje napięcia bramki tylnej, aby opisać kwantowy efekt Halla w grafenie. Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat tego, jak przygotować wysokiej jakości, wolne od defektów próbki wielowarstwowe do pomiarów transportowych poprzez eksfoliację próbek, układanie płatków przy użyciu mikropozycjonera i mikroskopu oraz zaawansowanych narzędzi nanofabrykacyjnych.Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby zachować cierpliwość i precyzję. Po opracowaniu techniki te utorują drogę badaczom z dziedziny nanoelektroniki do badania nowych zachowań kwantowych w grafenie oraz heterostrukturach azotku boru i grafenu.

advanced-experimental-methods-for-low-temperature-magnetotransport

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Ogólnym celem tej metody jest określenie niskoenergetycznej struktury elektronowej ciał stałych w ultra niskich temperaturach za pomocą kątowo-rozdzielczej spektroskopii fotoemisyjnej z promieniowaniem synchrotronowym.

Kątowo-rozdzielcza spektroskopia fotoemisyjna w bardzo niskich temperaturach

Nanostruktury tlenkowe otwierają nowe możliwości dla nauki i technologii.  Przewodność międzyfazowa między LaAlO3 i SrTiO3 może być kontrolowana z precyzją niemal atomową za pomocą techniki przewodzącej mikroskopii sił atomowych.  Zademonstrowano protokół tworzenia i pomiaru przewodzących nanostruktur na granicy faz LaAlO3/SrTiO3.

Pisanie i charakterystyka nanostruktur tlenkowych w niskich temperaturach

Prezentujemy syntezę organicznego ferrimagnetyku wanadowego tetracyjanoetylenu (V[TCNE]x, x~2) metodą niskotemperaturowego chemicznego osadzania z fazy gazowej (CVD). Ta zoptymalizowana receptura zapewnia wzrost temperatury Curie z 400 K do ponad 600 K i radykalną poprawę właściwości rezonansu magnetycznego.

Chemiczne osadzanie z fazy gazowej magnesu organicznego, wanadu tetracyjanoetylenu

Izolowanie elektrycznych i termicznych efektów na elektrycznie wspomagane deformacje (EAD) jest bardzo trudne przy użyciu makroskopowych próbek. Opracowano mikro- i nanostruktury próbek metalicznych wraz z niestandardową procedurą testową w celu oceny wpływu przyłożonego prądu na powstawanie bez ogrzewania dżuli i ewolucję dyslokacji na tych próbkach.

Nowatorska metoda elektromechanicznej charakterystyki próbek w nanoskali in situ

Demonstrujemy całkowicie elektroniczną metodę obserwacji dynamiki ładunków nanosekundowych domieszek atomów w krzemie za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego.

W pełni elektroniczna skaningowa mikroskopia tunelowa z nanorozdzielczością: ułatwiająca badanie dynamiki ładunku pojedynczej domieszki

Tutaj prezentujemy protokół opisujący badania ex situ i in situ przemian strukturalnych w szkłach metalowych. Zastosowaliśmy metody analityczne oparte na jądrze, które badają oddziaływania nadsubtelne. Wykazujemy możliwość zastosowania spektrometrii Mössbauera i jądrowego rozpraszania promieniowania synchrotronowego do przodu podczas eksperymentów opartych na temperaturze.

Metody badań przemian strukturalnych ex situ i in situ: przypadek krystalizacji szkieł metalicznych

Korzystając z jednoosiowego odkształcenia w połączeniu z mikroskopią tunelową skaningową o polaryzacji spinowej, wizualizujemy i manipulujemy antyferromagnetyczną strukturą domeny Fe1+yTe, związku macierzystego nadprzewodników na bazie żelaza.

Wizualizacja jednoosiowej manipulacji odkształceń domen antyferromagnetycznych w Fe1+YTe za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego spolaryzowanego spinowo

Mikroskopia siły magnetycznej (MFM) wykorzystuje pionowo namagnesowaną sondę mikroskopową sił atomowych do pomiaru topografii próbki i lokalnego natężenia pola magnetycznego z rozdzielczością nanoskali. Optymalizacja rozdzielczości przestrzennej i czułości MFM wymaga zrównoważenia zmniejszającej się wysokości podnoszenia ze zwiększającą się amplitudą napędu (oscylacji) i korzyści płynących z pracy w komorze rękawicowej w atmosferze obojętnej.

Optymalizacja rozdzielczości i czułości mikroskopii sił magnetycznych w celu wizualizacji domen magnetycznych w nanoskali

Tutaj opisujemy szybki zestaw pęsety magnetycznej, który wykonuje nanomechaniczne pomiary na wrażliwych na siłę biomolekułach z maksymalną szybkością 1,2 kHz. Wprowadzamy jego zastosowanie do spinek do włosów DNA i kompleksów SNARE jako układów modelowych, ale będzie on miał również zastosowanie do innych cząsteczek biorących udział w zdarzeniach mechanobiologicznych.

Pęseta magnetyczna o dużej prędkości do pomiarów nanomechanicznych na elementach wrażliwych na siłę

Badania magnetyczne ex situ mogą bezpośrednio dostarczyć dużych i lokalnych informacji na elektrodzie magnetycznej, aby krok po kroku ujawnić mechanizm magazynowania ładunku. W tym artykule wykazano elektronowy rezonans spinowy (ESR) i podatność magnetyczną w celu monitorowania oceny gatunków paramagnetycznych i ich stężenia w redoks-aktywnym szkielecie metaloorganicznym (MOF).

Charakterystyka magnetometryczna produktów pośrednich w elektrochemii ciała stałego redoks-aktywnych struktur metaloorganicznych

Poznaj metodę pomiaru właściwości elektrycznych monowarstwowych materiałów cienkowarstwowych w niskich temperaturach i silnych polach magnetycznych. Technika ta umożliwia badanie współoddziaływań elektronowych w heterostrukturach.

Zaawansowane metody eksperymentalne do niskotemperaturowych pomiarów magnetotransportu nowych materiałów

Przeglądaj więcej filmów