Os materiais óxidos apresentam muitas propriedades exóticas que podem ser controladas pelo ajuste do teor de oxigênio. Aqui, demonstramos a sintonia do conteúdo de oxigênio em óxidos variando os parâmetros de deposição do laser pulsado e realizando o pós-recozimento. Como exemplo, as propriedades eletrônicas de heteroestruturas baseadas em SrTiO3 são ajustadas por modificações de crescimento e recozimento.
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Artigo de método
Ajuste das propriedades do óxido pelo controle de vacância de oxigênio durante o crescimento e recozimento
* These authors contributed equally
Neste artigo
Resumo
Resumo
As propriedades elétricas, ópticas e magnéticas de materiais óxidos muitas vezes podem ser controladas variando o conteúdo de oxigênio. Aqui descrevemos duas abordagens para variar o conteúdo de oxigênio e fornecemos exemplos concretos para ajustar as propriedades elétricas de heteroestruturas baseadas em SrTiO3. Na primeira abordagem, o conteúdo de oxigênio é controlado variando-se os parâmetros de deposição durante uma deposição pulsada de laser. Na segunda abordagem, o conteúdo de oxigênio é ajustado submetendo-se as amostras ao recozimento em oxigênio a temperaturas elevadas após o crescimento do filme. As abordagens podem ser usadas para uma ampla gama de óxidos e materiais não óxidos onde as propriedades são sensíveis a uma mudança no estado de oxidação.
As abordagens diferem significativamente do gating eletrostático, que é frequentemente usado para alterar as propriedades eletrônicas de sistemas eletrônicos confinados, como os observados em heteroestruturas baseadas em SrTiO3. Ao controlar a concentração de vacância de oxigênio, somos capazes de controlar a densidade portadora em muitas ordens de magnitude, mesmo em sistemas eletrônicos não confinados. Além disso, podem ser controladas propriedades que não são sensíveis à densidade de elétrons itinerantes.
Introdução
O teor de oxigênio desempenha um papel vital nas propriedades dos materiais óxidos. O oxigênio tem uma alta eletronegatividade e, no limite totalmente iônico, atrai dois elétrons de cátions vizinhos. Esses elétrons são doados para a rede quando uma vacância de oxigênio é formada. Os elétrons podem ficar presos e formar um estado localizado, ou podem se tornar deslocalizados e capazes de conduzir uma corrente de carga. Os estados localizados localizam-se tipicamente no intervalo de banda entre a banda de valência e a banda de condução, com um momento angular total que pode ser diferente de zero 1,2,3
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Protocolo
1. Controlar propriedades variando as condições de crescimento
- Preparação de superfícies de alta qualidade de SrTiO3
- Adquira substratos SrTiO3 com terminação mista (por exemplo, de 5 mm x 5 mm x 0,5 mm de tamanho) com um ângulo de superfície típico de 0,05°–0,2° em relação aos planos de cristal (001).
NOTA: O ângulo de corte errado determina a planicidade da superfície, o que é importante para o crescimento epitaxial no substrato, bem como para as propriedades resultantes na interface. - Limpe o número desejado de substratos por ultrasonicação em acetona por 5 min e etanol por 5 min à temperatura am....
- Adquira substratos SrTiO3 com terminação mista (por exemplo, de 5 mm x 5 mm x 0,5 mm de tamanho) com um ângulo de superfície típico de 0,05°–0,2° em relação aos planos de cristal (001).
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Resultados
Controlando propriedades variando as condições de crescimento
Variar os parâmetros de deposição durante a deposição de óxidos pode levar a uma grande mudança nas propriedades, em particular para heteroestruturas baseadas em SrTiO3, como mostrado na Figura 2.
Figura 2: Controla.......
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Discussão
Os métodos aqui descritos baseiam-se no uso do teor de oxigênio para controlar as propriedades dos óxidos, sendo a pressão parcial de oxigênio e a temperatura de operação parâmetros críticos. Se o estado de oxidação total do sistema é sintonizado de forma que o sistema permaneça em um equilíbrio termodinâmico com a atmosfera circundante (ou seja, pO2 alterado em alta temperatura), as mudanças podem ser reversíveis. No entanto, no caso de heteroestruturas baseadas em SrTiO3, as vagas interfaciais de .......
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Divulgações
Os autores não têm nada a revelar.
Agradecimentos
Os autores agradecem a J. Geyti, da Universidade Técnica da Dinamarca, por sua assistência técnica. F. Trier agradece o apoio da bolsa de pesquisa VKR023371 (SPINOX) da VILLUM FONDEN. D. V. Christensen agradece o apoio do Programa NERD da Fundação Novo Nordisk: Nova Pesquisa Exploratória e Descoberta, Bolsa Superior NNF21OC0068015.
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Materiais
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| SrTiO3 | Crystec | Único cristalino (001) orientado, ângulo de corte incorreto de 0,05-0,2 graus | |
| LaAlO3 | Shanghai Daheng Optics and Fine Mechanics Co.Ltd. | Único cristalino | |
| Al2O3 | Shanghai Daheng Optics e Fine Mechanics Co.Ltd. | cristalinos únicos | |
| Fornecedores | |||
| Pasta de prata | SPI Suprimentos, Structure Probe Inc | 05001-AB, Tinta de prata de alta pureza | |
| Ultrasonicator | VWR | USC500D HF45kHz / 100W | |
| Wedge wire bonder | Shenzhen Baixiangyuan Science & Tecnologia Co., Ltd. | HS-853A Ligação de fio de alumínio | |
| Deposição a laser pulsado | Twente Solid State Technologies (TSST) | PLD da TSST com versão de software V3.0.29, equipado com um laser de nanossegundos KrF de 248 nm (Compex Pro 205 F) da configuração de medição de | |
| resistência | coerente Feito | sob medidaCom base nos seguintes instrumentos elétricos e software personalizado: Keithley 6221 Fonte de corrente CC e CA Keithley 2182A nanovoltímetro Sistema de comutação Keithley 7001 com cartão matricial Keithley 6487 picoamperímetro | |
| Medições Hall | Criogenia | Baseado nos seguintes instrumentos elétricos e software personalizado: Keithley 2400 Fonte de corrente CC Keithley 2182A nanovoltímetro Sistema de comutação Keithley 7001 com cartão matricial | |
| Forno | Feito | Controle de software escrito sob medida de um forno tubular FTTF 500/70 da Scandia Ovnen AS e um controlador de temperatura eurotherm 2216e |
Referências
- Pavlenko, N., Kopp, T., Tsymbal, E. Y., Sawatzky, G. A., Mannhart, J. Magnetic and superconducting phases at the LaAlO3/SrTiO3 interface: The role of interfacial Ti 3d electrons. Physical Review B. 85 (2), 020407(2012).
- Schütz, P., et al.
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Reimpressões e permissões
