Radiofrekvens Magnetron Sputtering av GdBa2Cu3O7−ses/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi bilayer filmer på SrTiO3 (STO) én-krystall underlag
Summary
Her presenterer vi en protokoll for å vokse LSMO nanopartikler og (Gd) BCO filmer på (001) SrTiO3 (STO) én-krystall underlag av radiofrekvens (RF)-sputtering.
Abstract
Her viser vi en metode for belegg ferromagnetisk La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanopartikler på (001) SrTiO3 (STO) én-krystall underlag av (radiofrekvens) magnetron sputtering. LSMO nanopartikler ble avsatt med diameter fra 10 til 20 nm og høyder mellom 20 og 50 nm. Samtidig, (Gd) Ba2Cu3O7−ses ((Gd) BCO) filmer ble laget på både begravelsessenger og LSMO hydrogenion dekorert STO underlag med RF magnetron sputtering. Denne rapporten beskriver også egenskapene for GdBa2Cu3O7−ses/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi bilayer filmer strukturer (f.eks krystallinsk fasen morfologi kjemisk sammensetning); magnetization, magneto-transport og superledende transport egenskaper ble også vurdert.
Introduction
Hull-dopet manganite La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) har unike egenskaper som bredbånd hull, halv-metallisk ferromagnetism, og fanget elektronisk stater, som gir ekstraordinær muligheter for potensielle vassdrags programmer1,2,3,4. Foreløpig mange forskere bestreber å dra nytte av de unike egenskapene til LSMO å bebo vortex bevegelsen for høy temperatur superledende (HTS) film, som (RE) Ba2Cu3O7−ses filmer (REBCO, RE = rare – earth element)5,6,7,8,9,10,11,12. Nanoskala dekorasjon av underlaget overflater med ferromagnetisk nanopartikler vil gi veldefinerte nettsteder for inducing magnetiske låsing av forventet tetthet13,14. Muligheten til å kontrollere tetthet og geometrien av nanopartikler på svært strukturerte overflater, som på én-krystall underlag og svært profilert mettaliske underlag er imidlertid svært vanskelig. Oftest nanopartikler er synthesized belagt på flater med metall organisk nedbrytning metoder15og pulsed laser deponering metoder16,17. Selv puls laser deponering metoder kan gi nanopartikler belagt på ulike underlag, er det vanskelig å innse stort område homogen nanopartikler deponering. Som for metall organisk nedbrytning metoder er de riktig for stort område deponering av nanopartikler. Nanopartikler er imidlertid ofte ikke-uniform og lett skadet av liten fysisk stresset.
Blant disse teknikkene har RF-magnetron sputtering mange fordeler. Sputtering har en høy deponering pris, rimelig, og mangel av giftig gassutslipp. Det er også enkelt å utvide til storskala området underlag18,19. Denne metoden gir enkeltsteg dannelsen av La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanopartikler nanopartikler er lett å bli satt på én-krystall underlag. RF magnetron sputtering kan opprette stort område nanopartikler jevnt på en rekke forskjellige underlag, uavhengig av overflatestruktur og overflateruhet20. Kontrollen partikkel kan oppnås ved å justere sputtering tid. Homogenitet kan oppnås ved å justere mål-underlaget avstand. Ulempen med RF-magnetron sputtering er lavere veksten for noen oksider21. Denne tilnærmingen mål atomer (eller molekyler) er freste fra målet av argon ion og deretter nanopartikler settes på underlag i damp fase22. Nanopartikler formasjon forekommer på underlaget i en enkelt trinn23. Denne metoden gjelder teoretisk materiale inkludert superledende tynnfilm motstand, halvleder film, film ferromagnetisk tynn film etc. men hittil, rapporter om protokoller for innskudd ferromagnetisk nanopartikler er svært knappe.
Her viser vi at Cospatric av GdBa2Cu3O7−ses/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi bilayer filmer på SrTiO3 (STO) én-krystall underlag av RF magnetron sputtering metode. To typer mål materialer, GdBa2Cu3O7−ses og La0,67Sr0,33MnO3 mål brukes i prosessen. SrTiO3 (STO) én-krystall overflater ble belagt med GdBa2Cu3O7−sesfilmer og GdBa2Cu3O7−ses/La0,67Sr 0,33 MnO3 kvasi bilayer filmer.
I denne protokollen settes GdBa2Cu3O7−ses/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi bilayer filmer med RF magnetron sputtering på STO (001) underlag. Avstanden mellom mål og underlag er ca 10 cm diameter målet er 60 mm. Varmeovner er pærer plassert 1 cm over substrater. Den maksimale temperaturen er 850° C i dette systemet. Det finnes 5 ulike underlag i dette systemet. RF magnetron sputtering GdBa2Cu3O7−ses/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi bilayer filmer består av to trinn, som er utarbeidelsen av underlag og RF-magnetron sputtering prosessen. Et bilde av sputtering systemet er vist i figur S1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Her har vi vist at denne metoden kan brukes til å forberede LSMO ferromagnetisk nanopartikler av jevn fordeling på SrTiO3 (STO) én-krystall underlag. (Gd) BCO-filmer også kan settes på begge nakne og LSMO innredet STO substrat. Med en riktig justering av avsatt parametere, for eksempel vekst temperaturer og mål-underlaget avstand, bør denne metoden være nyttig for avsatt ulike magnetiske og ikke-magnetisk partikler eller lag, for eksempel CeO2, YSZ) yttrium-stabilisert zirconia)<sup class="x…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbeidet ble støttet av National Natural Science Foundation of China (nr. 51502168; No.11504227) og Shanghai kommunale Natural Science Foundation (No.16ZR1413600). Forfatterne takke takknemlig Instrumental analyse sentrum av Shanghai Jiao Tong og Ma-tek analytisk lab for kompetent teknisk assistanse.
Materials
| Sputter Deposition System | Shenyang scientific instruments Limited by Share Ltd | Bespoke | |
| SrTiO3 Single Crystal Substrate | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Single-sided epi-polished | (001) orientation |
| La0.67Sr0.33MnO3 sputtering target | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Bespoke | 60 mm diameter |
| GdBa2Cu3O7−δ sputtering target | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Bespoke | 60 mm diameter |
| Atomic Force Microscope | Brüker | Dimension Icon | |
| X-ray Diffractometer | Brüker | D8 Discover | |
| Physical Property Measurement System | Quantum Design | PPMS 9 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bulaevskii, L. N., Chudnovsky, E. M., Maley, M. P. Magnetic pinning in superconductor-ferromagnet multilayers. Applied Physics Letters. 76 (18), 2594-2596 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lange, M., Bael, M. J. V., Bruynseraede, Y., Moshchalkov, V. V. Nanoengineered Magnetic-Field-Induced Superconductivity. Physical Review Letters. 90 (19), 197006 (1970).
- 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).
- Guo, H., Ward, T. Z. Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides. Journal of Visualized Experiments. 77, e50573 (2013).
- 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).
- 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).
- Morgan, D. J., Ketterson, J. B. Asymmetric Flux Pinning in a Regular Array of Magnetic Dipoles. Physical Review Letters. 80 (16), 3614-3617 (1998).
- Gutierrez, J., et al. Anisotropic c-axis pinning in interfacial self-assembled nanostructured trifluoracetate-YBa2Cu3O7−x films. Applied Physics Letters. 94 (17), 172513 (2009).
- 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, 241-245 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Shen, H., Wei, B., Zhang, D., Qi, Z., Wang, Z. Magnetron sputtered NbN thin film electrodes for supercapacitors. Materials Letters. 229, 17-20 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- Petrisor, T., et al. Magnetic pinning effects of epitaxial LaxSr1-xMnO3 nanostructured thin films on YBa2Cu3O7-delta layers. Journal of Applied Physics. 112 (5), (2012).
