Nous fabriquons métal/LaAlO3/SrTiO3 hétérostructures en utilisant une combinaison de laser pulsé dépôts et in situ pulvérisation magnétron. Par l’intermédiaire de magnétotransport et in situ expériences de spectroscopie photoélectronique des rayons x, nous étudions l’interaction entre des phénomènes électrostatiques et chimiques du gaz bidimensionnels d’électrons quasi formée dans ce système.
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Article de méthode
Croissance et propriétés électrostatiques et chimiques du métal/LaAlO3/SrTiO3 hétérostructures
Dans cet article
Résumé
Résumé
Le système d’électrons 2D quasi (q2DES) qui se forme à l’interface entre LaAlO3 (LAO) et SrTiO3 (STO) a attiré beaucoup d’attention de la communauté électronique de l’oxyde. Une de ses caractéristiques de la marque de fabrique est l’existence d’une épaisseur de LAO critique de 4 cellules unitaires (uc) pour conductivité interfaciale à émerger. Bien que les mécanismes électrostatiques ont été proposés dans le passé pour décrire l’existence de cette épaisseur critique, l’importance des défauts chimiques a été récemment accentué. Nous décrivons ici la croissance des hétérostructures métal/LAO/STO dans un système cluster vide ultra-haut de (UHV) combinant laser pulsé dépôts (de croître l’AAT), pulvérisation magnétron (pour faire croître le métal) et spectrométrie de photoélectrons (XPS). Nous étudions par étapes de la formation et l’évolution de la q2DES et les interactions chimiques qui se produisent entre le métal et le LAO/STO. En outre, des expériences de magnétotransport élucider sur les transports et les propriétés électroniques de la q2DES. Ce travail systématique non seulement illustre une manière d’étudier l’interaction électrostatique et chimique entre le q2DES et son environnement, mais ouvre également la possibilité de couches de forme multifonctionnelle couple avec la riche physique observée dans deux dimensions systèmes d’électrons, ce qui permet la fabrication de nouveaux types d’appareils.
Introduction
Systèmes d’électrons 2D quasi (q2DES) ont été largement utilisés comme terrain de jeu pour étudier une multitude de basse dimension et phénomènes quantiques. À partir de l’article fondamental sur le système LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO)1, une rafale de différents systèmes qui hébergent des nouvelles phases électroniques interfaciales ont été créés. La combinaison de différents matériaux conduit à la découverte de q2DESs avec des propriétés supplémentaires, telles que de champ électrique ajustable spin polarisation2, électronique extrêmement élevée des mobilités3 ou phénomènes coupl....
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Protocole
Remarque : Tous les 5 étapes décrites dans le présent protocole peuvent être suspendus et redémarrées à tout moment, avec la seule condition que l’échantillon est maintenu sous vide élevé à l’étape 3.4 à 5.
1. STO(001) substrat résiliation :
- Remplir un nettoyeur à ultrasons (avec un transducteur de 40 kHz) avec de l’eau et chauffer à 60 ° C. Remplissez une carafe en verre borosilicate avec de l’acétone. Indépendante de la taille gobelet, n’oubliez pas de remplir avec au moins 20 % de son volume maximum, pour s’assurer que les substrats sont bien immergés.
- Placez une hors de la boîte se terminant par mélang....
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Résultats
Le système complet expérimental utilisé pour la croissance et caractérisation est illustré à la Figure 2. Ayant différentes configurations connectées en UHV à travers une chambre de répartition est fortement recommandé de veiller à ce que la surface de l’échantillon après que chaque processus de croissance est conservée intacte. La chambre PLD (Figure 3), le magnetron sputtering (Figure 7) et la cham.......
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Discussion
Pendant résiliation du substrat, on doit être extrêmement prudent avec la fois submergée en solution HF. Nous avons observé sous - et over - etched surfaces variables seulement 5 s en ce qui concerne la recette originale. En outre, nous avons observé une dépendance entre la taille de palier de substrat et submergeant de temps. Petites tailles d’étape (inférieure à 100 nm) submergeant 30 s pourrait conduire à l’eau-forte excessive, même si par la suite la procédure recuite peut être suffisante pour reconstruire correcteme.......
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Déclarations de divulgation
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Remerciements
Cet ouvrage a reçu le soutien de l’ERC Consolidator Grant #615759 « MINT », la région Île-de-France DIM « Oxymore » (projet « NEIMO ») et le projet ANR « NOMILOPS ». H.N. a été partiellement soutenue par le programme de base-de-Core EPSRC-JSPS, JSPS subvention pour la recherche scientifique (B) (#15 H 03548). A.S. a été soutenu par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (HO 53461-1 ; études postdoctorales a.s.). D.C.V. remercie le Ministère Français de l’enseignement supérieur et de recherche et le CNRS pour le financement de sa thèse de doctorat. J.S. remercie l’Université Paris-Saclay (programme D'Alembert) et le CNRS pour le financement de son séjour au CNRS/Thales.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Dépôt laser pulsé | SURFACE | PLD Workstation + système | |
| KrF Excimer Laser | cohérent | Compex Pro 201F | |
| Réflexion Diffraction d’électrons à haute énergie (canon à électrons) | R-Dec Co., Ltd. | RDA-003G | distribué en Europe par SURFACE. |
| Diffraction d’électrons à haute énergie par réflexion (caméra CCD) | k-Space Associates, Inc. | kSA 400 | |
| Atténuateur de faisceau laser variable | Metrolux | ML 2100 | |
| Capteur laser excimer | cohérent | J-50MUV-248 | |
| LaAlO3 cible | CrysTec | Cible monocristalline | |
| SrTiO3 sous-traite | CrysTec | Plusieurs tailles différentes. Possibilité de commander TiO2 terminé. | |
| Acide HF tamponné | Technic | BOE 7:1 | acide fluorhydrique tamponné = BOE 7:1 (HF : NH4F = 12,5 : 87,5 %) in ; Qualité VLSI. |
| Pâte d’argent | DuPont | 4929N | Composite d’argent conducteur. |
| Nettoyeur à ultrasons | Bransonic | 12 | Nettoyage par ultrasons Bain |
| Tube Four | AET Technologies | Four de traitement thermique | |
| Bécher en verre borosilicaté | VWR | 213-1128 | Iow form |
| Beaker en PTFE | Dynalon | Beaker | |
| Support de substrat « dipper" | Eberlé ; | Goustillage | |
| magnétron | de pulvérisation | PLASSYS | 5 chambres pour cibles. |
| Cibles métalliques | Neyco S.A. | Pureté > 99,9 % | |
| spectroscopie photoélectronique à rayons X | Omicron | Système XPS | |
| Source de rayons X | Omicron | DAR 400 | Source de rayons X à double anode. |
| Analyseur d’énergie | Omicron | EA 125 | |
| Microscopie à force atomique | Bruker Innova | AFM | |
| Sondes de microscopie à force atomique | Olympus | OMCL-AC160TS-R3 | Micro Cantilevers |
| Liaison par fil | Kulicke & Soffa | 4523AD | |
| PPMS | Quantum Design | PPMS Aimant Dynacool | 9T. |
Références
- Ohtomo, A., Hwang, H. Y. A high-mobility electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 heterointerface. Nature. 427, 423-426 (2004).
- Stornaiuolo, D., et al. Tunable spin polarization and superconductivity in engineered oxide interfaces. Nat. Mater. 15 (....
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Réimpressions et autorisations
