Wizualizacja jednoosiowej manipulacji odkształceń domen antyferromagnetycznych w Fe_1+YTe za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego spolaryzowanego spinowo

Protokół ten jest istotny, ponieważ jest wizualizacją integracji urządzenia jednoosiowego z skaningową mikroskopią tunelową. Polega ona zarówno na zastosowaniu odkształcenia, jak i na wizualizacji manipulacji domenami strukturalnymi w SDM. Główną zaletą tej techniki jest to, że pozwala na zwiększone obciążenie, ponieważ jest to urządzenie mechaniczne.

Jego efekty powierzchniowe można zobrazować za pomocą skaningowej mikroskopii tunelowej. W nadprzewodnikach wysokotemperaturowych poprzez celowe dostrajanie i manipulowanie stanami złamanej symetrii, można kontrolować i rozumieć nadprzewodnictwo. Proces ten można zastosować do dowolnego materiału, pod warunkiem, że jest to pojedynczy kryształ i jest kompatybilny z SDM.

Istnieje wiele testów urządzeń, aby określić reakcję konfiguracji na różne warunki, w tym na to, jak duże obciążenie można osiągnąć. To bardzo trudny eksperyment, w którym kluczem jest cierpliwość i absolutne zrozumienie tego, co robisz. Wizualna demonstracja tego procesu ma kluczowe znaczenie, ponieważ daje wgląd w proces wytwarzania i użytkowania opisywanego urządzenia z SDM, który jest złożonym procesem.

Aby rozpocząć, zdemontuj urządzenie w kształcie litery U i umieść je w acetonie. Wyczyść urządzenie, mikrometryczne, tarcze sprężynowe Belleville i płytę podstawy, poddając je sonikacji przez 20 minut. Następnie przenieś je do izopropanolu i poddaj sonikacji przez dodatkowe 20 minut.

Po oczyszczeniu piecz elementy urządzenia w piekarniku przez 15 do 20 minut, aby pozbyć się resztek wody i odgazować. Następnie za pomocą ostrej żyletki przytnij próbkę telluru żelaza na jeden milimetr na dwa milimetry na 0,1 milimetra. Na koniec zmontuj części razem.

Otwór wewnątrz u ma jeden milimetr i może być regulowany w mniejszym lub większym stopniu za pomocą pary mikrometrycznych umieszczonych po bokach urządzenia. W dwóch oddzielnych naczyniach wymieszaj srebrną żywicę epoksydową i nieprzewodzącą żywicę epoksydową zgodnie z instrukcjami zawartymi w kartach katalogowych żywicy epoksydowej. Następnie nałóż cienką warstwę srebrnej żywicy epoksydowej, aby utworzyć kontakt elektryczny i zamontuj próbkę w poprzek milimetrowej szczeliny, tak aby jej długa oś była zorientowana wzdłuż osi b próbki żelaza tellurowego.

Umieść uchwyt na próbkę i próbkę w piecu konwekcyjnym i piecz je przez 15 minut, aby ponownie utwardzić żywicę epoksydową. Gdy próbka ostygnie, przykryj jej dwie strony nieprzewodzącą żywicą epoksydową, tak aby próbka była mocno podparta na urządzeniu. Następnie włóż go z powrotem do piekarnika, aby utwardzić żywicę epoksydową.

Za pomocą mikroskopu optycznego zbadaj położenie próbki pod wszystkimi kątami, aby sprawdzić, czy boki próbki są wyrównane równolegle ze szczeliną. Gdy wszystko jest już przygotowane, zacznij stosować odkształcenie ściskające, obracając mikrometryczną o 50 stopni, obserwując powierzchnię próbki. Po przyłożeniu nacisku nie powinno być żadnych pęknięć ani wygięć próbki.

Następnie przykręć urządzenie do płyty podstawy. Po zabezpieczeniu nałóż cienką warstwę srebrnej żywicy epoksydowej z płyty podstawy na urządzenie w kształcie litery U, aby utworzyć kontakt elektryczny między próbką a płytką. Umieść próbkę w piecu, aby utwardzić żywicę epoksydową.

Po schłodzeniu sprawdź styk elektryczny za pomocą multimetru. Następnie użyj cienkiej warstwy nieprzewodzącej żywicy epoksydowej, aby przykleić aluminiowy słupek do próbki tak, aby był prostopadły do płaszczyzny rozszczepienia ab. Posty powinny mieć taki sam rozmiar jak próbka.

Gdy słupek jest prawidłowo ustawiony, piecz zmontowane urządzenie, aż żywica epoksydowa się utwardzi. Najpierw przenieś urządzenie do skaningowego mikroskopu tunelowego, umieszczając je w doku załadunkowym skaningowego mikroskopu tunelowego o zmiennej temperaturze, ultrawysokiej próżni. Za pomocą manipulatora ramienia strącić aluminiowy słupek w bardzo wysokiej próżni w temperaturze pokojowej, aby odsłonić świeżo rozszczepioną powierzchnię.

Natychmiast przenieś urządzenie in situ z innym zestawem manipulatorów do skaningowej komory mikroskopu tunelowego, wejdź do głowicy mikroskopu, która została schłodzona do dziewięciu stopni Calvina. Pozwól próbce ostygnąć do dziewięciu stopni przez noc przed wykonaniem kolejnych kroków i utrzymuj tę temperaturę podczas eksperymentów. Po osiągnięciu równowagi temperaturowej, przed każdym eksperymentem przygotuj końcówki platynowo-irydowe poprzez emisję pola na powierzchni miedzianej jeden jeden, która została poddana kilku rundom napylania i wyżarzania.

Korzystając z napięcia przyłożonego do materiałów piezoelektrycznych w mikroskopie, przesuń stolik na próbkę, aby wyrównał się z końcówką. Następnie podejdź do próbki. Gdy końcówka znajdzie się w odległości kilku angstremów od próbki, a prąd tunelowy zarejestruje się na oscyloskopie, jest ona gotowa do wykonywania topografów.

Oto topograficzny obraz topograficzny o rozdzielczości atomowej 10 nanometrów nienaprężonego monokryształu telluru żelaza. Obserwowana struktura atomowa odpowiada atomom telluru, które są odsłonięte po rozszczepieniu próbki. Transformacja 4DA topografii pokazuje cztery ostre piki w rogach obrazu wzdłuż kierunków a i b, które odpowiadają atomowym pikom Bragga.

W przeciwieństwie do pierwszego obrazu, ten obraz topograficzny przedstawia topograf uzyskany za pomocą końcówki magnetycznej. Obserwuje się jednokierunkowe pasy o okresowości dwukrotnie większej niż sieć wzdłuż osi a. Transformacja 4DA tego topografu pokazuje, oprócz szczytów Bragga, nową parę szczytów satelitarnych, odpowiadających połowie momentu szczytowego Bragga, a zatem dwukrotnie większej niż rzeczywista długość fali kosmicznej.

Nowa struktura odpowiada kolejności pasków AFM atomów żelaza znajdujących się tuż pod powierzchnią. W niektórych częściach nieodkształconej próbki występują granice bliźniaczych domen, w których struktura krystaliczna z długą osią b i towarzyszącym jej porządkiem pasków AFM obraca się o 90 stopni. Tutaj można obserwować topografię o długości 25 nanometrów granicy bliźniaczej domeny AFM.

Transformacja 4DA tego obszaru pokazuje dwie pary kolejności AFM podświetlone zielonymi i żółtymi kółkami. Każda domena magnetyczna przyczynia się tylko do jednej pary pików w transformacji 4DA. W przypadku odkształconej próbki można zobaczyć tylko jedną pojedynczą domenę w wyniku jednoosiowego nacisku przyłożonego do próbki.

Tutaj pokazana jest topografia na dużą skalę obejmująca całkowity obszar około 1,75 mikrona na 0,75 mikrona, czyli ponad dwukrotnie większy niż całkowity obszar rozpięty w próbkach nieodkształconych. Transformacja 4DA dla każdego topografu pokazuje tylko jedną parę pików AFM, co wskazuje tylko na jedną domenę na tej odkształconej próbce. Najważniejszą rzeczą do rozważenia podczas próby tej procedury jest Twój ostateczny cel.

Wiedza o tym, dlaczego stosujesz odkształcenie jednoosiowe, powinna pomóc Ci w ustaleniu orientacji próbki i ilości odkształcenia, które należy zastosować. Po tej procedurze urządzenie odkształcające można również zintegrować z innymi technikami, takimi jak dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego, rezonansowe elastyczne rozpraszanie promieniowania rentgenowskiego i spektroskopia fotoemisyjna o rozdzielczości kątowej. SDM to potężna technika, która umożliwia wizualizację elektronów w materiałach kwantowych.

Są to materiały, które są bardzo wrażliwe na zewnętrzne zakłócenia, takie jak odkształcenia, więc technika SDM zintegrowana z jednoosiowym odkształceniem pozwoli na elektroniczne dostrojenie tych materiałów i wizualizację reakcji na odkształcenie, a ostatecznym celem jest zrozumienie nadprzewodnictwa.