Методическая статья

Радио частоты магнетронного распыления GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0,33MnO3 квази бислой фильмы на SrTiO3 (STO) монокристаллических подложек

6.5K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/58069

⸱

12 апреля 2019 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physics, Mathematics, Shanghai Key Laboratory of Materials Protection and Advanced Materials in Electric Power, Shanghai University of Electric Power, 2Key Laboratory of Artificial Structure and Quantum Control, Ministry of Education, Department of Physics, Shanghai Jiao Tong University, 3Shanghai Institute of Space Power-sources, 4Shanghai Key Laboratory of High Temperature Superconductors, Shanghai University

В этой статье

Краткое содержание

Здесь, мы представляем протокол расти LSMO наночастиц и (Gd) BCO фильмы (001) SrTiO3 (STO) одиночн кристалл субстратов радиочастотного (RF)-распыления.

Аннотация

Здесь мы демонстрируем метод покрытия ферромагнитных La0.67Sr0,33MnO наночастиц3 (LSMO) на (001) SrTiO3 (STO) одиночн кристалл субстратов, радиочастотного (RF) магнетронного распыления. LSMO наночастиц были сданы диаметром от 10 до 20 Нм и высот между 20 и 50 Нм. В то же время неоформленным (Gd) Ba2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) фильмы были сфабрикованы на обоих и наночастиц LSMO оформленный STO подложках с использованием РФ магнетронного распыления. В настоящем докладе также описываются свойства GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Sr0,33MnO3 квази бислой фильмов структур (например, кристаллической фазы, морфология Химический состав); были также оценены намагниченности, магнито транспорт и сверхпроводящие свойства транспорта.

Введение

Отверстие легированных манганит La0.67Sr0,33MnO3 (LSMO) обладают уникальными свойствами, таких как широкополосный пробелы, половина металлик Ферромагнетики и запутанные электронных состояний, которые предусматривают чрезвычайные возможности для потенциальных электрических приложений1,2,3,4. В настоящее время, многие исследователи пытаются воспользоваться уникальными свойствами LSMO населяют вихревого движения для высокотемпературных сверхпроводящих (HTS) фильмов, таких как (пере) Ba2Cu3O7−δ фильмы (REBCO, RE = элемент земли – редкие)5,6,,78,9,10,,1112. Наноразмерных отделки поверхности субстрата с ферромагнитным наночастиц даст четко определенных сайтов для стимулирования магнитного закрепления центры ожидаемых плотность13,14. Однако способность контролировать плотность и геометрии наночастиц на весьма текстурированной поверхности, такие как на одиночн кристалл субстратов и высоко текстурированными металлические субстраты очень сложно. Чаще всего наночастицы синтезированы и покрытием на поверхности с помощью металлических разложение органических методов15и импульсного лазера осаждения методы16,17. Хотя методы осаждения лазерного импульса может предоставить наночастиц покрытием на различных подложках, трудно реализовать большой площади однородной наночастиц осаждения. Что касается металлических разложения органических методов они являются надлежащими для большой площади осаждения наночастиц. Однако наночастицы, часто неоднородной и легко поврежденных малых физических напряжений.

Среди этих методов RF-магнетронного распыления имеет много преимуществ. Магнетронное имеет высокий наплавки, низкая стоимость и отсутствие выброса токсичных газов. Кроме того это легко расширить до крупных масштабах области субстратов18,19. Этот метод обеспечивает единый этапа формирования La0.67Sr0,33MnO наночастиц3 (LSMO), и наночастиц легки для того быть депонирована монокристаллических подложек. RF магнетронного распыления можно создавать большие площади наночастиц равномерно на разнообразных субстратах, независимо от того, текстура поверхности и шероховатость поверхности20. Элемент управления частиц может быть достигнуто путем регулировать время распыления. Однородность может быть достигнуто путем регулировать расстояние цели субстрат. Недостаток RF-магнетронного распыления заключается в ее нижней темпы роста для некоторых окислов21. В этом подходе целевой атомов (или молекулы) распыленных из целевого аргон Ион, и затем наночастиц залегают на подложках в фазе пара22. Формирование наночастиц происходит на подложке в один шаг23. Теоретически этот метод применим для любых материалов, включая сверхпроводящих тонкой пленки, пленки, полупроводниковой плёнке, ферромагнитных тонкой пленки и т.д. однако до настоящего времени доклады о протоколах для напыления ферромагнитных наночастицы являются весьма скудными.

Здесь мы демонстрируем осаждения GdBa2Cu3O7−δ/Ла0,67Sr0,33MnO3 квази бислой фильмов на SrTiO3 (STO) одиночн кристалл субстратов по РФ магнетронного распыления метод. Два вида целевых материалов, GdBa2Cu3O7−δ и La0.67Sr0,33MnO3 цели используются в процессе. SrTiO3 (STO) одиночн кристалл субстратов были покрыты GdBa2Cu3O7−δфильмов и GdBa2Cu3O7−δ/Ла0,67Sr 0,33 MnO3 квази бислой фильмов.

В этом протоколе GdBa2Cu3O7−δ/Ла0,67Sr0,33MnO3 квази бислой фильмы залегают с РФ магнетронного распыления на сто (001) подложках. Цель диаметр 60 мм, расстояние между объектом и субстраты составляет около 10 см. Нагреватели являются луковицы, 1 см выше субстратах. Максимальная температура составляет 850° C в этой системе. В этой системе есть 5 различных субстратах. RF магнетронного распыления GdBa2Cu3O7−δ/Ла0,67Sr0,33MnO3 квази бислой фильмов состоит из двух этапов, которые являются подготовка субстратов и РФ магнетрона магнетронное процесса. Картину распыления системы показан на рисунке S1.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

1. субстрат и целевой подготовки

Примечание: В этом разделе описывается подготовка камеры распыления осаждения и монокристаллов SrTiO3 (STO) субстратов.

  1. Используйте 10 мм х 10 мм SrTiO3 (STO) монокристаллических подложек во время РФ магнетронного распыления процесса.
  2. Последовательно чистой подложки в изопропиловый спирт и деионизированной воды за 10 мин при комнатной температуре в ультразвуковой ванне. Затем высушите субстратов с азотом, который предназначен для равномерное покрытие субстрата и хороший фильм присоединения.
  3. Монтировать (001) STO субстратов в субстрат Держатели с Серебряный порошок наносится токопроводящий клей. Загрузите их в вакуумной камере.
  4. Маунт LSMO цели в пушка инъекции магнетрона, а затем собрать пистолет. Проверьте сопротивление с омметр, чтобы избежать короткого замыкания между магнетрона и окружающие щит. Close, который закрыт вакуумной камеры и насоса вниз.
  5. После того, как вакуум меньше чем 1 x 10-4 ПА, тепло субстратов до 850 ° C, с помощью скорости нагрева 15 ° C/мин набора целевых субстрат расстояние до 8 см.
  6. Установите контроллер массового потока 10 sccm O и 5 sccm Ar работы газового потока. Использовать Ar / O смешанный газ держать O Катионный соотношение (3) для La0.67Sr0,33MnO3 материала во время роста.
  7. До осаждения, предварительно распыления целевой LSMO за 20 минут на 30, W. высокой мощности приведет к щели в целевом и с использованием малой мощности приведет к больше времени на чистую поверхность, поэтому мы выбираем 20 мин за 30 Вт.

2. LSMO наночастиц осаждения

Примечание: Этот раздел описывает осаждения наночастиц LSMO, РФ магнетронного распыления.

  1. Для получения давления в камере 25 Pa, отрегулируйте молекулярный насос клапан шины. Если мгновенное значение становится больше, чем 25 Pa, повернуть его по часовой стрелке; Если это становится меньше, чем 25Pa, поверните его по часовой стрелке. Продолжайте, пока давление осела в стабильное значение.
  2. Убедитесь, что температура рабочеи жидкости остается при температуре 850 ° C и является стабильным.
  3. Увеличение мощности магнетрона от 30 до 80 W. ждать 10 минут, пока не стабилизируется плазмы.
  4. Откройте затвор и хранение LSMO на с подогревом субстрата.
    Примечание: Мы использовали распыления раз 5, 10, 30 и 60 s для четырех образцов.
  5. Закройте затвор. Выключайте питание для магнетрона. Закрыть клапан газового и выключайте питание обогревателя.
  6. Прохладный образцов до комнатной температуры. Необычно это занимает по крайней мере два часа в этой системе. Вентиляционные камеры с сухим азотом, открыть его и удалите образцы.

3. GdBa2Cu3O7−δ осаждения пленок

  1. Маунт GdBa2Cu3O7−δцели в магнетрона пистолет, а затем собрать пистолет. Внесите любые (Gd) BCO фильмы, используя аналогичные шаги 1.4-2.8 шаги. Используйте подобные условия осаждения пленок (Gd) BCO для LSMO наночастиц, за исключением распыления время, которое должно быть 30 мин. После этого рост будет над, и следующий шаг после отжига.
  2. Снизьте температуру образца до 500° C. Затем откройте газовый клапан для кислорода, чтобы дать давление в камере 75 000 Па провести образцы при этой температуре на один час.
    Примечание: Температура для 500 ° C и давление в камере 75 000 ПА предназначены для равномерно достижения LSMO наночастиц.
  3. Прохладный образцов до комнатной температуры. Вентиляционные камеры с сухим азотом, открыть его и удалите образцы.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

Толщина пленки (Gd) BCO на оба голые и LSMO оформленный STO субстрат был 500nm, который был измерен поверхности профилометра. Толщина пленки контролировался магнетронное время. Рисунок 1a b показывает AFM изображение LSMO наночастиц (напыление время 10 s) на 1,0 x 1,0 см одиночн кристалл STO субстратов доказать, что наночастицы LSMO, выращенных на сто субстратов равномерно. Поверхности и измерения шероховатости фильмов характеризовалась атомн...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

Здесь мы продемонстрировали, что этот метод может использоваться для подготовки LSMO ферромагнитных наночастиц равномерного распределения на SrTiO3 (STO) одиночн кристалл субстратов. (Gd) BCO фильмы также могут быть зачислены на обоих голые и LSMO оформленный STO субстрата. С соответствующей корректировкой на хранение параметров, таких как рост температуры и цель субстрат расстояние этот метод должны быть полезны для хранение различных видов магнитных и немагнитных частицы или слои, например, Генеральный дирек...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

Авторы не имеют ничего сообщать.

Благодарности

Эта работа была поддержана Фонд национального естественных наук Китая (№ 51502168; No.11504227) и Шанхайской муниципальной естественных наук фонд (No.16ZR1413600). С благодарностью, Авторы благодарят университет инструментального анализа центр Шанхая Цзяо Тун и Ма tek аналитической лаборатории для квалифицированной технической помощи.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Система осаждения методом напыленияShenyang scientific instruments Limited by Share LtdBespoke
SrTiO3 Монокристаллическая подложкаHefei Ke crystal material technology Co., LtdОдносторонняя эпиполированная(001) ориентация
La0,67Sr0,33MnO3 мишень для распылениякристаллический материал Hefei Ke технология Co., LtdИзготовленный на заказдиаметр 60 мм
GdBa2Cu3O7− δ мишень для распыленияHefei Ke Crystal material technology Co., LtdИзготовленный на заказдиаметром 60 мм
Brü РентгеновскийDimension Icon
Brü kerD8 Discover Система
измерения физических свойствQuantum DesignPPMS 9
атомно-силовой микроскоп дифрактометр

Ссылки

  1. Gong, J., Zheng, D., Li, D., Jin, C., Bai, H. Lattice distortion modified anisotropic magnetoresistance in epitaxial La0.67Sr0.33MnO3 thin films. Journal of Alloys and Compounds. 735, 1152-1157 (2018).
  2. Wang, J., Han, Z., Bai, J., Luo, B., Chen, C. Magnetoelectric coupling in oxygen deficient La0.67Sr0.33MnO3-δ/BaTiO3 composite film. Physica B: Condensed Matter. 534, 141-144 (2018).
  3. Duan, Z., et al. Facile fabrication of micro-patterned LSMO films with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel method on LaAlO3 substrates. Ceramics International. 42 (12), 14100-14106 (2016).
  4. Xu, P., Huffman, T. J., Kwak, I. H., Biswas, A., Qazilbash, M. M. Temperature dependent infrared nano-imaging of La0.67Sr0.33MnO3 thin film. Journal of Physics-Condensed Matter. 30 (2), (2018).
  5. Bulaevskii, L. N., Chudnovsky, E. M., Maley, M. P. Magnetic pinning in superconductor-ferromagnet multilayers. Applied Physics Letters. 76 (18), 2594-2596 (2000).
  6. Chen, C. Z., et al. Flux pinning of stress-induced magnetic inhomogeneity in the bilayers of YBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3−δ. Journal of Applied Physics. 106 (9), 093902(2009).
  7. Chen, C. Z., et al. Robust high-temperature magnetic pinning induced by proximity in YBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 hybrids. Journal of Applied Physics. 109 (7), 073921(2011).
  8. Huang, J., et al. Magnetic properties of (CoFe2O4)x:(CeO2)1−x vertically aligned nanocomposites and their pinning properties in YBa2Cu3O7−δ thin films. Journal of Applied Physics. 115 (12), 123902(2014).
  9. Lange, M., Bael, M. J. V., Bruynseraede, Y., Moshchalkov, V. V. Nanoengineered Magnetic-Field-Induced Superconductivity. Physical Review Letters. 90 (19), 197006(1970).
  10. Rakshit, R. K., Budhani, R. C., Bhuvana, T., Kulkarni, V. N., Kulkarni, G. U. Inhomogeneous vortex-state-driven enhancement of superconductivity in nanoengineered ferromagnet-superconductor heterostructures. Physical Review B. 77 (5), 052509(2008).
  11. Guo, H., Ward, T. Z. Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides. Journal of Visualized Experiments. 77, e50573(2013).
  12. Wang, Y., Li, Y., Liu, L., Xu, D. Improvement of flux pinning in GdBa2Cu3O7-delta thin film by nanoscale ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 pretreatment of substrate surface. Ceramics International. 44 (1), 225-230 (2018).
  13. Martín, J. I., Vélez, M., Nogués, J., Schuller, I. K. Flux Pinning in a Superconductor by an Array of Submicrometer Magnetic Dots. Physical Review Letters. 79 (10), 1929-1932 (1997).
  14. Morgan, D. J., Ketterson, J. B. Asymmetric Flux Pinning in a Regular Array of Magnetic Dipoles. Physical Review Letters. 80 (16), 3614-3617 (1998).
  15. Gutierrez, J., et al. Anisotropic c-axis pinning in interfacial self-assembled nanostructured trifluoracetate-YBa2Cu3O7−x films. Applied Physics Letters. 94 (17), 172513(2009).
  16. Tran, D. H., et al. Enhanced critical current density in GdBa2Cu3O7-δ thin films with substrate surface decoration using Gd2O3 nanoparticles. Thin Solid Films. 526 (0), 241-245 (2012).
  17. Jha, A. K., Khare, N., Pinto, R. Interface engineering using ferromagnetic nanoparticles for enhancing pinning in YBa2Cu3O7-delta thin film. Journal of Applied Physics. 110 (11), (2011).
  18. Casotti, D., et al. Ageing effects on electrical resistivity of Nb-doped TiO2 thin films deposited at a high rate by reactive DC magnetron sputtering. Applied Surface Science. 455, 267-275 (2018).
  19. Li, Y., et al. Preparation of single-phase Ti2AlN coating by magnetron sputtering with cost-efficient hot-pressed Ti-Al-N targets. Ceramics International. 44 (14), 17530-17534 (2018).
  20. Mahdhi, H., Djessas, K., Ben Ayadi, Z. Synthesis and characteristics of Ca-doped ZnO thin films by rf magnetron sputtering at low temperature. Materials Letters. 214, 10-14 (2018).
  21. Shen, H., Wei, B., Zhang, D., Qi, Z., Wang, Z. Magnetron sputtered NbN thin film electrodes for supercapacitors. Materials Letters. 229, 17-20 (2018).
  22. Sinnarasa, I., et al. Influence of thickness and microstructure on thermoelectric properties of Mg-doped CuCrO2 delafossite thin films deposited by RF-magnetron sputtering. Applied Surface Science. , 244-250 (2018).
  23. Thi-Thuy-Nga, N., Chen, Y. -H., Chen, Z. -M., Cheng, K. -B., He, J. -L. Microstructure near infrared reflectance, and surface temperature of Ti-O coated polyethylene terephthalate fabrics prepared by roll-to-roll high power impulse magnetron sputtering system. Thin Solid Films. , 1-8 (2018).
  24. Wang, Y., Xu, D., Li, Y., Liu, L. Texture and morphology developments of Yttria-stabilized zirconia (YSZ) buffer layer for coated conductors by RF sputtering. Surface & Coatings Technology. 232, 497-503 (2013).
  25. Petrisor, T. Jr, et al. Magnetic pinning effects of epitaxial LaxSr1-xMnO3 nanostructured thin films on YBa2Cu3O7-delta layers. Journal of Applied Physics. 112 (5), (2012).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

GdBa2Cu3O7 deltaLa0 67Sr0 33MnO3SrTiO3

Похожие статьи