Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

Visualisere Uniaxial-belastning manipulering av Antiferromagnetic domener i Fe1 +YTe med en Spin-polarisert Scanning Tunneling mikroskopet

Published: March 24, 2019 doi: 10.3791/59203
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 2, 1
1Department of Physics, Applied Physics and Astronomy, Binghamton University, 2Institute of Physics, University of Silesia

Summary

Bruke uniaxial belastning kombinert med spin-polarisert skanning tunnelering mikroskopi, vi visualiserer og håndterer antiferromagnetic domenestruktur Fe1 + yTe, den overordnede sammensatt av jern-baserte superconductors.

Abstract

Forsøk på å forstå korrelert elektroniske systemer har presset grensene for eksperimentell mål mot utviklingen av nye eksperimentelle teknikker og metoder. Her bruker vi en roman hjemmebygde uniaxial-belastning enhet integrert i våre variabel temperaturkontroll scanning tunneling mikroskop som kan vi controllably manipulere i flyet uniaxial belastning i prøver og undersøke sine elektronisk svar på atomic skalaen. Bruker scanning tunneling mikroskopi (STM) med spin-polarisering teknikker, vi visualisere antiferromagnetic (AFM) domener og deres Atom-strukturen i Fe1 +yTe prøver, den overordnede sammensatt av jern-baserte superconductors, og demonstrere hvordan disse domenene reagerer anvendt uniaxial belastning. Vi observerer ved hjelp av AFM domener i unstrained utvalget, med en gjennomsnittlig domene størrelse på ~ 50-150 nm, overgang til en enkelt enveis domene under anvendt uniaxial press. Resultatene presenteres her åpne en ny retning for å utnytte en verdifull tuning parameter i STM, samt andre spektroskopiske teknikker, både for tuning elektronisk egenskapene for inducing symmetri bryte i quantum materiale systemer.

Introduction

Høytemperatur-superleder i cuprates og jern-baserte superconductors er en spennende tilstand av quantum spørsmål1,2. En stor utfordring i forståelse superleder er ulike brutt symmetri stater, som elektroniske nematic og smectic faser (som bryter rotasjons- og translasjonsforskning symmetrier elektronisk statene), med lokalt sammenvevd natur superleder3,4,5,6,7. Manipulasjon og bevisst tuning av disse ødelagt symmetri statene er et avgjørende mål mot forstå og kontrollere superleder.

Kontrollert belastning, både uniaxial og biaxial, er en veletablert teknikk å tune kollektive elektronisk statene i kondensert saken systemer8,9,10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Denne rene tuning, er uten innføringen av lidelse gjennom kjemiske doping, vanlig i ulike typer eksperimenter for å tune bulk elektroniske egenskaper23,24,25,26 . For eksempel uniaxial Press har vist seg for å ha enorm effekt på superleder i Sr2RuO413 og cuprates27 og på strukturelle, magnetisk, og nematic fase overganger av jern-baserte superconductors 10 , 14 , 28 , 29 og ble nylig demonstrert i innstiller SmB624topologisk statene. Men har bruk av belastning i overflaten-sensitive teknikker, som STM og vinkel-løst photoemission spektroskopi (ARPES), vært begrenset til i situ dyrket tynne filmer på umake underlag26,30. Den store utfordringen med belastning gjelder enkelt krystaller overflaten-sensitive eksperimenter er behovet for å holde seg anstrengt prøvene i av beryllium vakuum (UHV). I de siste årene er en alternativ retning til epoxy en tynn prøve piezo stabler9,10,18,31 eller plater med annen koeffisientene til termisk ekspansjon19 ,32. Men i begge tilfeller er omfanget av anvendt belastningen ganske begrenset.

Her viser vi bruk av romanen uniaxial-belastning som tillater forskere å brygge en prøve (kompresjons belastning) uten begrensninger og samtidig visualisere overflaten strukturen med STM (se figur 1). Som et eksempel, bruker vi enkelt krystaller av Fe1 +yTe, hvor y = 0.10, den overordnede sammensatt av jern chalcogenide superconductors (y er overflødig konsentrasjonen). Under TN = ~ 60 K, Fe1 +yTe overganger fra en høy temperatur spinn tilstand i en lav temperatur antiferromagnetic tilstand med en bicollinear stripe magnetiske ordre26,33 ,34 (se figur 3A, B). Magnetisk overgangen er ytterligere ledsaget av en strukturell overgang fra tetragonal til monoclinic26,35. I-flyet AFM rekkefølgen danner detwinned domener med spin struktur peker lang b-retning orthorhombic struktur34. Ved å visualisere AFM ordren med spin-polarisert STM, vi undersøke domenestrukturen toveis i unstrained Fe1 +yTe prøver og observere deres overgang til en enkelt stor domenenavn under brukt press (se skjematisk i Figur 3 C-E). Disse eksperimentene viser vellykket overflaten tuning av enkelt krystaller med uniaxial-belastning enhet presenteres her, cleaving prøven, og samtidig avbilding av overflaten strukturen med skanning tunnelering mikroskopet. Figur 1 viser skjematisk tegninger og bilder av mekanisk belastning enheten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Merk: U-formet kroppen er laget av 416-grade rustfritt stål, som er stiv og har en lav koeffisient av termisk ekspansjon (CTE), ~9.9 μm/(m∙°C), i forhold til ~17.3 μm/(m∙°C) for 304 grade rustfritt stål.

1. mekanisk uniaxial-belastning enhet

  1. Rense U-formet enheten, mikrometer skruene (1-72 tilsvarende 72 rotasjoner per tomme), Belleville våren diskene og base platen sonicating dem separat i aceton først og deretter i isopropanol, i 20 minutter hver, i en ultralydbad sonicator. Dette fjerner urenheter/partikler. Denne prosessen gjennomføres i panseret.
  2. Stek dem i en ovn i 15-20 min å kvitte seg med noen vann rester og degas.
  3. Bruke en skarp barberblad, mens observere under en optisk mikroskop, kuttet Fe1 +YTe prøve å størrelse, nemlig 1 mm x 2 x 0,1 mm.
  4. Montere delene sammen som vist i figur 1 c, første panel. Du åpning inne U er 1 mm og stilles mindre eller store av et par mikrometer skruer plassert på sidene av enheten.

2. Bruk av belastningen

  1. I to separate retter, bland sølv epoxy (H20E) og nonconductive epoxy (H74F) i henhold til instruksjonene på dataarket epoxy.
  2. På U-formet enheten, Påfør et tynt lag av sølv epoxy (H20E) opprette elektrisk kontakt og montere prøven (av en størrelse på 1 x 2 mm x ~0.1 mm) med sin lange akse orientert langs b-akse Fe1 +yTe prøven , på enheten, over 1 mm gapet, som vist i figur 1 c. I en konveksjon ovn, bake enheten i 15 min på 120 ° C.
  3. Dekk de to sidene av prøven med nonconductive epoxy slik at prøven er godt støttet på enheten. Stek i 20 minutter ved 100 ° C.
    1. Bruker en optisk mikroskop, undersøke posisjonen til prøven fra alle vinkler etter en parallell justering av sidene i prøven med gapet.
    2. Eventuelt stedet prøver på mellomrommet og håndheves av H20E og H74F epoxy (figur 1 c).
  4. Under en optisk mikroskop, gjelde kompresjons belastning ved å rotere mikrometer skruen mens observere overflaten av prøven.
    Merk: Vi brukt her en 50° belastning, men dette kan endres avhengig av belastningen på prøven. Trykket er overført til prøven av en rekke Belleville våren disker. Det skal ingen sprekker eller bøye av prøven etter trykket er brukt.
  5. Skru enheten på platen som vist i figur 1B.
    1. Påfør et tynt lag av sølv epoxy (H20E) fra bunnplate til U-formet enheten å lage elektrisk kontakt mellom prøven og plate. Stek i 15 minutter på 120 ° C. Måle elektriske kontakten med et multimeter.
    2. Bruke et tynt lag med H74F ikke-ledende epoxy, fest en aluminium innlegg (samme størrelse som prøven) på anstrengt prøven, vinkelrett AB cleaving flyet. Bake montert enheten for 20 min til epoxy er herdet.

3. overføre enheten til skanning tunnelering mikroskop hodet

  1. Overføre flekker enheten med prøven og innlegget gjennom lasting dock av variabel temperatur, av beryllium vakuum scanning tunneling mikroskop, til analyse chamber (se figur 2A).
  2. Bruker en arm manipulator, slå av aluminium innlegget av beryllium vakuum i romtemperatur, å avsløre en fersk cleaved overflate.
  3. Øyeblikkelig overføre enheten (med anstrengt prøven) i situ med et annet sett med manipulators å skanning tunnelering mikroskop kammeret og mikroskopet hodet (se figur 2B), som er avkjølt ned 9 K. utføre alle eksperimenter på 9 K.
  4. La prøven kjøles ned over natten før utføre de neste trinnene.

4. gjennomføre STM eksperimenter

  1. Klargjør Pt-Ir tips før hvert eksperiment ved feltet utslipp på en Cu (111) overflate som har blitt behandlet med flere runder med sputtering og avspenning.
  2. Bruke spenning anvendes piezoelectric materialet i mikroskopet av en ekstern kontroller, flytte prøven scenen for å justere med spissen, følg ved prøven.
  3. Når spissen er noen Å bort fra prøven og tunneling gjeldende registreres på oscilloskop, ta topographs på ulike setpoint skjevheter og setpoint strøm.
    Merk: Skanning tunnelering mikroskopet er kontrollert av levert av produsenten kontrolleren og programvare. For driften av mikroskopet, henvises til brukeren manuell/opplæring (http://www.rhk-tech.com/support/tutorials/).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

STM topographs ble målt i konstant gjeldende modus med en setpoint skjevhet av-12 meV på prøven og en setpoint på-1.5 nA samlet på spissen. PT-Ir tips ble brukt i alle eksperimentene. For å oppnå spin-polarisert STM, må skanning tunnelering mikroskop spissen være belagt med magnetisk atomer, som kan være ganske utfordrende. I dette tilfellet å studere Fe1 +yTe, gir prøven selv en enkel måte å oppnå dette. De overskytende strykejern (y i Fe1 +yTe) er svakt bundet på cleaved overflate. Skanning spissen på en lav bias og med høy nok strøm over noen nanoamperes bringer spissen i nærhet til disse Fe atomer og noen av de atomene kan bli plukket opp av tips36. Den andre metoden som gir et spinn-polarisert tips målt av den raske reduksjonen av prøve-tip separasjon til kontakt laget (på stedet av overflødig konsentrasjon) som ved en metning gjeldende. Under prosessen strykejern overflødig bond onto drikkepengene. Vellykket utarbeidelse av et spinn-polarisert tips avsløres av magnetiske kontrasten topografi, hvis periodisitet er dobbelt som for gitter konstant topp Tellur atomer. Denne ekstra modulering er den antiferromagnetic i utvalget, som diskutert nærmere nedenfor.

Figur 4A viser en 10 nm Atom-oppløsning topografiske bildet på en unstrained Fe1 +yTe én krystall med nonmagnetic skanning tunnelering mikroskop tips. Atom-strukturen sett tilsvarer Te atomer, som vises etter cleaving prøven (se figur 3A). Fourier-transformere (FT) topografi viser fire skarpe topper i hjørnene av bildet langs a - og b-retningene, qTeen og qTeb, som tilsvarer atomic Bragg toppene. Den sentrale brede toppen i FT tilsvarer lang-bølgelengde inhomogeneity, som er ikke relevant for denne studien. Figur 4C viser en annen topograph av samme størrelse som figur 4A, oppnådd med et magnetisk tips. Enveis striper med en periodisitet av det dobbelte av gitteret langs en akse er observert. FT av topograph sett i Figur 4 d -programmer, i tillegg til Bragg topper, et par nye satellitt topper på QAFM1, tilsvarende halvparten Bragg topp momenta og derfor to ganger virkelige plass bølgelengde. Den nye strukturen tilsvarer AFM stripe rekkefølgen på Fe atomene like under overflaten.

På denne unstrained utvalg er det ikke vanskelig å observere twin domenegrenser der krystallstruktur med lang b-aksen og tilhørende AFM stripe rekkefølgen Roter 90°. Figur 4E viser en 25 nm spin-polarisert topograph av en AFM twin domene grense. FT av bildet viser nå to par AFM rekkefølge (uthevet av grønne og gule sirkler). Hvert magnetiske domene bidrar til bare ett par QAFM topper i FT. Visualisere dette åpenbart vi Fourier-filtrert hvert par av AFM topper og inversed FT tilbake til ekte verdensrommet. Resultatene vises i figur 4GH utheving to enveis stripe domenene.

Derfor studerte vi domenestruktur og grenser på overflaten i stor skala. Figur 5Aog 6A figur figur 7A vise store topographs på tre ulike unstrained prøver som spenner et totalt område av litt over 0,75 µm x 0.75 µm. Flere mindre zoomet inn topographs vises også til å markere stripen strukturen. Topographs er tatt med en høy romlig oppløsning (1024 x 1024 piksler per 0,25 µm2) å tillate Fourier filtrering og inverse Fourier transformere analyse på stor skala. Tilsvarende domene strukturer og grensene vises i figur 5B figur 6Cog figur 7 H. Samlet, flere vekslende stripe domener er observert dekker den samlede lik områder, som forventet for disse unstrained prøver. Det er viktig å merke seg at på denne storskala overflaten er samlet atomically flat, men noen annen strukturelle uregelmessigheter, som line defekter (figur 5A) og Atom trinn (figur 7A), kan observeres. Stripe domenene påvirkes ikke av disse uregelmessighetene.

Herfra flyttet vi til anstrengt prøven. Figur 8 viser en omfattende topograph, som strekker seg over et totalt område av ~1.75 µm x 0.75 µm, som er mer enn to ganger det totale området spredt i de unstrained prøvene som vist i figur 5og figur 6 figur 7. I sterk kontrast viser FT for hver topograph bare ett par AFM topper som angir bare ett enkelt domene på eksempelfilen anstrengt. Dette kan ytterligere visualiseres Fourier-filtrert iFT analysen bekrefter enkelt stripe domenet over hele området. Igjen, skal enveis stripe rekkefølgen ikke bli påvirket av de forskjellige overflatevann uregelmessighetene i eksempelfilen anstrengt.

Figure 1
Figur 1: belastning enheten. (A) skjematisk av belastning enheten. U-formet enheten har to mikrometer skruer for (1) komprimering og (2) utvidelse av enhetens gap området. Prøven kan være begrenset inne gapet som vist i figur paneler A og C eller over gapet som vist i figur paneler A og B. En kombinasjon av H20E og H74F epoksy anvendes til prøven og helbredet ved 100 ° C. Når epoxy på prøven er herdet, er et innlegg av om det samme arealet som for eksempel epoxied på prøvens overflate ved hjelp H74F. (B) faktisk oppsettet av belastning enheten, med en topp utsikt forfra og en zoom på prøven. Enheten er skrudd til en prøve holder som glir inn i mikroskopet hodet. Det opprettes en kontakt ved hjelp av ledende epoxy fra enheten til eksempel plate. Overføring av trykk er aktivert med en skrue og en rekke Belleville våren disker. Den siste panelet b viser belastning enheten satt opp, klar til UHV analyse kammeret. (C) en alternativ metode er å ha en prøve i gapet belastning enheten. I de to midterste panelene c, er en andre unstrained eksemplar epoxied på enheten for referanse. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 2
Figur 2: Scanning tunneling mikroskop oppsett. (A) skanning tunneling mikroskop oppsett. Mikroskopet er plassert i en akustisk kammeret, som er skjermet fra radiofrekvens (RF) støy. (B) mikroskop hodet med nakne eksempel innehaver. Pt/Ir spissen er synlig. Eksempel scenen kan flyttes ved et sett av piezo aktuatorer slik at prøven er rett over spissen. (C) mikroskopet hodet plasseres innenfor to stråling skjold. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 3
Figur 3: Fe1 +yTe krystallstruktur. (A) krystallstruktur av FeTe med det øverste laget viser Tellur atomer. De røde prikkete skissere tre enhet cellene. (B) en real-space skjematisk illustrasjon av atomic enhet-cellen (rød heltrukket linje) og magnetiske struktur (svart heltrukket linje) av FeTe. Den magnetiske wavevector λafm er to ganger atomic avstanden mellom Te-Te atomer. Pilene på Fe atomene angir spinn retningene. (C) skjematisk diagram illustrerer AFM twin domenene som danner når kjøling, gjennom strukturelle overgangen fra tetragonal til monoclinic på ~ 60 til 70 K, har en befolkning på de to domenene. (D) svar den detwinning prosessen, når en merkbar mengde belastning påføres langs b-aksen (svart piler) med ett domene forbedret (rød) og det andre domenet redusert (blå). (E) A komplett detwinned domene som etterlater bare én enkelt domene. (F-H) FT reell plass i paneler C--E. QAFM1 toppene tilsvarer rød real-space domenene, og QAFM2 toppene tilsvarer blå domenene. Gitteret Bragg topper er merket som sorte prikker i hjørnene av bildet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 4
Figur 4: Enveis modulering fraunstrained Fe 1 +yTe. (A) en 10 nm x 10 nm topograph av atomic gitter Fe1 +yTe med ingen magnetisk kontrast. (B) FT panelet A, viser Bragg topper på hjørnene av bildene (svart sirkler). (C) en 10 nm x 10 nm topograph av magnetiske Fe1 +yTe, målt ved hjelp av et spinn-polarisert tips. Den enveis striper over en-aksen tilsvarer topper på QAFM1 = qTeen/2 i FT, som vist i panelet D. (E) en 25 nm x 25 nm topografiske bilde over en twin domene grense. (F) FT panelet E, viser to sett med topper QAFM1 og QAFM2. (G) Inverse Fourier transform (iFT) av QAFM1 toppene fra F-panelet. Den røde fargen tilsvarer av høy intensitet for QAFM1 toppene. (H) iFT av QAFM2 toppene fra F-panelet. Domene grensen er tydelig forskjellig fra bildene som vises i paneler G og H. Inverse Fourier filtreringsmetode har vært brukt i påfølgende tall for å identifisere de forskjellige domenene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 5
Figur 5: Bildebehandling twin domener iunstrained Fe 1 +yTe. (A) en 0,75 µm x 0,25 µm topografiske bildet viser to grenser. Dataene ble kjøpt i tre tilstøtende topografiske bilder, hver 0,25 µm x 0,25 µm. (B) bruke iFT, domene grensene er tydelig tydelig. (C--E) Zoom-ins bilder merket med en (X) og en gul-farget stiplede boksen vises med uthevet, stiplede, fargede bokser rundt grensene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 6
Figur 6: Bildebehandling domenene fraunstrained Fe 1 +yTe. (A) en 0.10 µm x 0,10 µm topografiske bildet av en unstrained Fe1 +yTe. (B) FT panelet A, som viser topper i begge retninger, nemlig QAFM1 og QAFM2. (C) iFT bildet av panelet A, som viser de forskjellige domenene. (D og E) Zoom-moduler av de uthevede gul - og oransje-prikkete boksene i panelet A. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 7
Figur 7: Bildebehandling twin domener fraunstrained Fe 1 +yTe. (A) topografiske bilder som dekker et område på 0,75 µm x 0,5 µm. (B-D) linje kutt av topograph tatt over svart, lilla og grønne pilene i panelet en. (E-G) Zoome inn på områdene som er uthevet i grønt, brun og gul (X) merker i panelet A. (H) iFT panelet A, viser de to domenene. Hvit-prikkete linjene er trinn kanter/grensene. Domenene er upåvirket av disse strukturelle funksjoner. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figure 8
Figur 8: Bildebehandling detwinned domener ianstrengt Fe 1 +yTe. (A) A store 1.750 µm x 0,50 µm topografi tatt på et anstrengt Fe1 +yTe utvalg. (B og C) The FT av de to største (0,50 µm x 0,50 µm) enkelt topographs anskaffe på et par AFM topper i én retning. (D) The Fourier-filtrering og iFT prosessen brukes bildene i panelet A, som viser bare ett enkelt domene som forventet. Den prikkede linjen i panelet D er et skritt som ikke påvirker enveis domenet. (E) A zoom på det uthevede området i gule (X) viser enveis striper. (F) A zoome inn panelet E, viser tydelig den enveis striper av detwinned prøven. (G) FT E-panelet. AFM toppene vises bare i én retning, noe som stemmer med real-space struktur i E-panelet. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Alle operasjoner må flytte prøvene til og innenfor STM utføres ved hjelp av sett med armen manipulators. STM vedlikeholdes ved lave temperaturer av flytende nitrogen og flytende helium og prøven kjøles ned i minst 12 h før kontaktet. Dette gjør utvalget og mikroskopet temperaturen å nå termisk likevekt. For å isolere elektrisk og akustisk støy, er STM plassert i en akustisk og radiofrekvens skjermet rom. Mikroskopet hodet er ytterligere suspendert fra kilder for optimalisert instrumental stabilitet. Eksempel scenen kan oversettes av flere millimeter som gir tilgang til forskjellige deler av 1 mm anstrengt prøvene.

Siden uniaxial trykket er parameteren tuning i eksperimentet beskrevet her, er det viktig at termisk stress generert fra nedkjøling ikke er overført direkte til prøven. For dette bruker vi en rekke Belleville våren disker. Bruker arbeider belastningen Belleville våren diskene 67 N og nedbøyning på arbeider Last av 50 µm, vi beregne våren konstanten for hver disk som k = 1,3 x 106 N/m, som gir en total våren konstant k = 1.625 x 105 N/m f eller 4 parene av springs i serien. Dette sikrer termisk stress på prøven gjennom kjøling fra rom temperatur å 4 K å være mindre enn 0.05% for en anvendt belastning på 1% og derfor ubetydelig. I forsøket, vi roterer mikrometer skruen ved 50° som samsvarer med Δx = 50 µm. Kraften på prøven gjennom kilder kan beregnes for å være F = kΔx = 8 N. Trykket er derfor p = F/A = 8 N / (0.1 x 10-6 m2) = 0,08 GPa. For en ung modulus 70 Gpa for FeTe37, anvendt uniaxial trykket tilsvarer 0,1% belastning.

En stor utfordring i integrere belastning enhetene med STM er anvendelse av press uten avbrytelse eller innføre sprekker i utvalget. Test eksperimenter på flere prøver av Bi-2212, Sr3Ru2O7og Fe1 +yTe har vist at avhengig av eksempel tykkelsen, prøvene tåle stammer av opp til ~0.8%-1.0%, tilsvarende ~ 1 GPa på anvendt Press. Ingen indikasjoner på sprekker på prøven overflaten er observerbare under denne verdien sett visuelt av en optisk mikroskop. Nyere arbeid etter de samme prinsippene har vist anvendelsen av ±1% belastning på Sr2RuO4 9.

Suksessen til denne teknikken ligger i forsiktig kjøring av riktig justering av prøven over 1 mm hull og anvendelse av belastningen på prøven uten avbrytelse eller bøying det. En annen viktig faktor er cleaving prosessen, som lar eksponering av ren flate. Dette er en tilfeldig prosess fungerer best for materialer som holde seg lett. En siste vurdering har en skarp tips som gir atomic oppløsning og kan plukke opp noen overflødig atomer å oppnå magnetiske kontrast.

Avslutningsvis demonstrere eksperimenter og analyse beskrevet her kunne inkorporering av våre belastning enhet med STM, gir en ny tuning parameter som kan være uvurderlig i studiet av konkurrerende ordrer i korrelert elektron systemer. Fordelen med den gjeldende enheten er rekke positive og negative stamme som kan brukes på utvalget. Denne demonstrasjonen kan påvirke andre spektroskopiske eksperimenter som ARPES.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne ikke avsløre.

Acknowledgments

Pa anerkjenner støtte fra det amerikanske National Science Foundation (NSF) karriere under prisen. DMR-1654482. Materielle syntese ble utført med støtte fra den polske National Science Centre grant No 2011/01/B/ST3/00425.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Belleville spring disks McMaster Carr
Fe(1.1)Te Single Crystal
H20E Epoxy Technology
H74F Epoxy Technology
Micrometer screws McMaster Carr
Stainless Steel sheets (416) McMaster Carr

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Paglione, J., Greene, R. L. High-temperature superconductivity in iron-based materials. Nature Physics. 6 (9), 645 (2010).
  2. Keimer, B., Kivelson, S. A., Norman, M. R., Uchida, S., Zaanen, J. From quantum matter to high-temperature superconductivity in copper oxides. Nature. 518, 179-186 (2015).
  3. Anderson, P. W. Physics: The opening to complexity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 92 (15), 6653-6654 (1995).
  4. Dagotto, E. Complexity in strongly correlated electronic systems. Science. 309, 257-262 (2005).
  5. Davis, J. S., Lee, D. -H. Concepts relating magnetic interactions, intertwined electronic orders, and strongly correlated superconductivity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (44), 17623-17630 (2013).
  6. Fernandes, R., Chubukov, A., Schmalian, J. What drives nematic order in iron-based superconductors. Nature Physics. 10 (2), 97 (2014).
  7. Fradkin, E., Kivelson, S. A., Tranquada, J. M. Colloquium: Theory of intertwined orders in high temperature superconductors. Reviews of Modern Physics. 87 (2), 457 (2015).
  8. Stillwell, E., Skove, M., Davis, J. Two “Whisker” Straining Devices Suitable for Low Temperatures. Review of Scientific Instruments. 39 (2), 155-157 (1968).
  9. Shayegan, M., et al. Low-temperature, in situ tunable, uniaxial stress measurements in semiconductors using a piezoelectric actuator. Applied Physics Letters. 83 (25), 5235-5237 (2003).
  10. Chu, J. -H., Kuo, H. -H., Analytis, J. G., Fisher, I. R. Divergent nematic susceptibility in an iron arsenide superconductor. Science. 337 (6095), 710-712 (2012).
  11. Song, Y., et al. Uniaxial pressure effect on structural and magnetic phase transitions in NaFeAs and its comparison with as-grown and annealed BaFe2As2. Physical Review B. 87 (18), 184511 (2013).
  12. Allan, M. P., et al. Anisotropic impurity states, quasiparticle scattering and nematic transport in underdoped Ca(Fe1−xCox)2As2. Nature Physics. 9 (4), 220-224 (2013).
  13. Hicks, C. W., et al. Strong increase of Tc of Sr2RuO4 under both tensile and compressive strain. Science. 344 (6181), 283-285 (2014).
  14. Hicks, C. W., Barber, M. E., Edkins, S. D., Brodsky, D. O., Mackenzie, A. P. Piezoelectric-based apparatus for strain tuning. Review of Scientific Instruments. 85 (6), 065003 (2014).
  15. Gannon, L., et al. A device for the application of uniaxial strain to single crystal samples for use in synchrotron radiation experiments. Review of Scientific Instruments. 86 (10), 103904 (2015).
  16. Kretzschmar, F., et al. Critical spin fluctuations and the origin of nematic order in Ba(Fe1−xCox)2As 2. Nature Physics. 12 (6), 560 (2016).
  17. Steppke, A., et al. Strong peak in T c of Sr2RuO4 under uniaxial pressure. Science. 355 (6321), 133 (2017).
  18. Yim, C. M., et al. Discovery of a strain-stabilised smectic electronic order in LiFeAs. Nature Communications. 9 (1), 2602 (2018).
  19. Gao, S., et al. Atomic-scale strain manipulation of a charge density wave. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (27), 6986-6990 (2018).
  20. Jiang, J., et al. Distinct in-plane resistivity anisotropy in a detwinned FeTe single crystal: Evidence for a Hund's metal. Physical Review B. 88 (11), 115130 (2013).
  21. Zhang, Y., et al. Symmetry breaking via orbital-dependent reconstruction of electronic structure in detwinned NaFeAs. Physical Review B. 85 (8), 085121 (2012).
  22. Watson, M. D., Haghighirad, A. A., Rhodes, L. C., Hoesch, M., Kim, T. K. Electronic anisotropies revealed by detwinned angle-resolved photo-emission spectroscopy measurements of FeSe. New Journal of Physics. 19 (10), 103021 (2017).
  23. Iida, K., et al. Strong T c dependence for strained epitaxial Ba(Fe1-xCox)2As2 thin films. Applied Physics Letters. 95 (19), 192501 (2009).
  24. Stern, A., Dzero, M., Galitski, V., Fisk, Z., Xia, J. Surface-dominated conduction up to 240 K in the Kondo insulator SmB 6 under strain. Nature Materials. 16 (7), 708-711 (2017).
  25. Iida, K., et al. Hall-plot of the phase diagram for Ba(Fe1−xCox)2As2. Scientific Reports. 6, 28390 (2016).
  26. Hänke, T., et al. Reorientation of the diagonal double-stripe spin structure at Fe1+yTe bulk and thin-film surfaces. Nature Communications. 8, 13939 (2017).
  27. Takeshita, N., Sasagawa, T., Sugioka, T., Tokura, Y., Takagi, H. J. Gigantic anisotropic uniaxial pressure effect on superconductivity within the CuO2 plane of La1.64Eu0.2Sr0.16CuO4: Strain control of stripe criticality. Journal of the Physical Society of Japan. 73 (5), 1123-1126 (2004).
  28. Kuo, H. -H., Shapiro, M. C., Riggs, S. C., Fisher, I. R. Measurement of the elastoresistivity coefficients of the underdoped iron arsenide Ba(Fe0.975Co0.025)2As2. Physical Review B. 88 (8), 085113 (2013).
  29. He, M., et al. Dichotomy between in-plane magnetic susceptibility and resistivity anisotropies in extremely strained BaFe2As2. Nature Communications. 8 (1), 504 (2017).
  30. Engelmann, J., et al. Strain induced superconductivity in the parent compound BaFe2As2. Nature Communications. 4 (2877), 2877 (2013).
  31. Berger, A. D. N., et al. Temperature Driven Topological Switch in 1T’-MoTe2 and Strain Induced Nematicity in NaFeAs. , Columbia University. Doctoral dissertation (2018).
  32. Böhmer, A., et al. Effect of biaxial strain on the phase transitions of Ca(Fe1−xCox)2As2. Physical Review Letters. 118 (10), 107002 (2017).
  33. Bao, W., et al. Tunable (δ π, δ π)-type antiferromagnetic order in α-Fe(Te,Se) superconductors. Physical Review Letters. 102 (24), 247001 (2009).
  34. Koz, C., Rößler, S., Tsirlin, A. A., Wirth, S., Schwarz, U. Low-temperature phase diagram of Fe1+yTe studied using x-ray diffraction. Physical Review B. 88 (9), 094509 (2013).
  35. Enayat, M., et al. Real-space imaging of the atomic-scale magnetic structure of Fe1+yTe. Science. 345 (6197), 653-656 (2014).
  36. Singh, U. R., Aluru, R., Liu, Y., Lin, C., Wahl, P. Preparation of magnetic tips for spin-polarized scanning tunneling microscopy on Fe1+yTe. Physical Review B. 91 (16), 161111 (2015).
  37. Chandra, S., Islam, A. K. M. A. Elastic and electronic properties of PbO-type FeSe1-xTex (x= 0-1.0): A first-principles study. ArXiv preprint. , arXiv:1008.1448 (2010).

Tags

Engineering problemet 145 uniaxial belastning scanning tunneling mikroskopi polarisert spin-STM jern-baserte superconductors antiferromagnetic domener ukonvensjonelle superleder
Visualisere Uniaxial-belastning manipulering av Antiferromagnetic domener i Fe<sub>1 +</sub><em><sub>Y</sub></em>Te med en Spin-polarisert Scanning Tunneling mikroskopet
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Kavai, M., Giannakis, I., Leshen,… More

Kavai, M., Giannakis, I., Leshen, J., Friedman, J., Zajdel, P., Aynajian, P. Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope. J. Vis. Exp. (145), e59203, doi:10.3791/59203 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter