Waiting
Login processing...

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

Engineering

Visualisere enakset-stamme Manipulation af Antiferromagnetic domæner i Fe1 +YTe med et Spin-polariseret Scanning Tunneling mikroskop

Published: March 24, 2019 doi: 10.3791/59203

Summary

Ved hjælp af enakset stamme kombineret med spin-polariseret scanning tunneling mikroskopi, vi visualisere og manipulere domænestrukturen antiferromagnetic af Fe1 + yTe, den overordnede sammensatte af jern-baserede superledere.

Abstract

Søgen efter at forstå korreleret elektroniske systemer har skubbet grænserne af eksperimentelle målinger mod udvikling af nye eksperimentelle teknikker og metoder. Her bruger vi en roman hjemmebyggede enakset-stamme enhed integreret i vores variabel temperatur scanning tunneling mikroskop, der gør det muligt for os at controllably manipulere i flyet enakset stamme i prøver og sonde deres elektroniske svar på atomar skala. Ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi (STM) med spin-polarisering teknikker, vi visualisere antiferromagnetic (AFM) domæner og deres atomare struktur i Fe1 +yTe prøver, den overordnede sammensatte af jern-baserede superledere, og vise, hvordan disse domæner reagere på anvendt enakset stamme. Vi observerer tovejs AFM domæner i unstrained prøven, med en gennemsnitlig domæne størrelse af ~ 50-150 nm, at overgangen til en enkelt ensrettet domæne under anvendt enakset stamme. Resultaterne præsenteres her åbner en ny retning for at udnytte en værdifuld tuning parameter i STM, samt andre spektroskopiske teknikker, både for tuning de elektroniske egenskaber som for inducerende symmetri bryde i quantum materielle systemer.

Introduction

Høj temperatur superledning i cuprates og jern-baserede superledere er en spændende quantum sag1,2. En stor udfordring i forståelsen superledning er lokalt sammenflettede arten af forskellige brudt symmetri stater, såsom elektroniske nematisk og smectic faser (at bryde roterende og translationel symmetrier af de elektroniske stater), med superledning3,4,5,6,7. Manipulation og bevidst tuning af staterne brudt symmetri er et afgørende mål mod forståelse og kontrollerende superledning.

Kontrolleret stamme, både enakset og biaksiale, er en veletableret teknik til at tune de kollektive elektroniske stater i kondenserede stoffer systemer8,9,10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Denne rene tuning, er uden indførelsen af lidelse gennem kemiske doping, almindeligt anvendt i forskellige slags eksperimenter til tune bulk elektroniske egenskaber23,24,25,26 . For eksempel enakset tryk har vist sig for at have en enorm effekt på superledning i Sr2RuO413 og cuprates27 og på de strukturelle, magnetiske, og nematisk faseovergange af jern-baserede superledere 10 , 14 , 28 , 29 og blev for nylig demonstreret i tuning de topologiske stater af SMB-624. Brugen af stamme i overflade-følsomme teknikker, såsom STM og vinkel-løst photoemission spektroskopi (ARPES), har imidlertid været begrænset til in situ-vokset tynd film på forskellige substrater26,30. Den store udfordring med anvendelse stamme til enkelte krystaller i overflade-følsomme eksperimenter er behovet for at kløve de anstrengte prøver i ultrahigh vakuum (UHV). I de sidste par år, har en alternativ retning været at epoxy en tynd prøve på piezo stakke9,10,18,31 eller på plader med forskellige koefficienter, der termisk ekspansion19 ,32. Men i begge tilfælde størrelsen af den anvendte stamme er ret begrænset.

Her vi demonstrere brugen af en roman mekanisk enakset-stamme anordning, der gør det muligt for forskere at stamme en prøve (trykstyrke stamme) uden begrænsninger og samtidig visualisere dets overflade struktur ved hjælp af STM (Se figur 1). Som et eksempel, vi bruge enkelte krystaller af Fe1 +yTe, hvor y = 0,10, den overordnede sammensatte af jern chalcogenide superledere (y er den overskydende jern koncentration). Under TN = ~ 60 K, Fe1 +yTe overgange fra en høj temperatur Paramagnetiske stat i en lav-temperatur antiferromagnetic tilstand med en bicollinear stribe magnetiske ordre26,33 ,34 (Se figur 3A, B). Magnetiske overgangen er yderligere ledsaget af en strukturel overgang fra tetragonal monoclinic26,35. I flyet AFM ordre danner detwinned domæner med spin struktur peger langs den lange b-retning ændres strukturen34. Ved at visualisere AFM ordre med spin-polariseret STM, vi sonde tovejs domænestruktur i unstrained Fe1 +yTe prøver og observere deres overgang til en enkelt stor domæne under anvendt stamme (Se skematisk i Figur 3 C-E). Disse eksperimenter viser vellykket overflade tuning af de enkelte krystaller ved hjælp af enhedens enakset-stamme præsenteres her, når prøven og den samtidige billeddannelse af dens overfladestruktur med scanning tunneling mikroskop. Figur 1 viser den skematiske tegninger og billeder af den mekaniske belastning enhed.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bemærk: Den U-formede krop er lavet af 416-grade rustfrit stål, som er stiv og har en lav koefficient for termisk udvidelse (CTE), ~9.9 μm/(m∙°C), i forhold til ~17.3 μm/(m∙°C) 304-grade rustfrit stål.

1. mekaniske enakset-stamme enhed

  1. Rene U-formet enhed, mikrometer skruer (1-72 svarende til 72 rotationer pr. tomme), Belleville foråret diske og bundpladen af sonicating dem separat i acetone først og derefter i isopropanol, i 20 min. hver, i et ultralydsbad sonikator. Dette fjerner eventuelle urenheder/partikler. Denne proces bør foretages i hætten.
  2. Bage dem i ovnen i 15-20 min til at slippe af enhver rest, vand og degas.
  3. Brug et skarpt barberblad, mens observere under et optisk mikroskop, skåret Fe1 +YTe prøve at størrelse, nemlig 1 mm x 2 mm x 0,1 mm.
  4. Samling af delene sammen som vist i figur 1 c, første panel. Den åbning inde U er 1 mm og kan indstilles mindre eller store ved et par af mikrometer skruer placeret på siderne af enheden.

2. anvendelse af stammen

  1. I to separate retter, bland sølv epoxy (H20E) og ledende epoxy (H74F) efter anvisningerne på dataark epoxy.
  2. På U-formet enhed, Påfør et tyndt lag af sølv epoxy (H20E) at skabe elektrisk kontakt, og montere prøven (af en størrelse på 1 mm x 2 mm x ~0.1 mm) med sin lange akse orienteret langs b-akse af Fe1 +yTe prøve , på toppen af enheden, på tværs af 1 mm hul, som vist i figur 1 c. I en konvektionsovn, bage enhed i 15 min. ved 120 ° C.
  3. Dække de to sider af prøven med ledende epoxy, således at prøven understøttes fast på enheden. Bages i 20 min. ved 100 ° C.
    1. Ved hjælp af en optisk mikroskop undersøge placeringen af eksemplet fra alle vinkler for at kontrollere, om en parallel justering af siderne af prøven med kløften.
    2. Eventuelt prøver inden for hullet og håndhæves af H20E og H74F epoxy (figur 1 c).
  4. Under et optisk mikroskop, anvende trykstyrke stamme af roterende mikrometer skrue under iagttagelse af overfladen af prøven.
    Bemærk: Vi anvendte her en 50° stamme, men dette kan ændres, afhængigt af mængden af stamme skal anvendes til prøven. Trykket overføres af en serie af Belleville foråret diske til prøven. Der bør være nogen revner eller bøjning af prøven, efter at trykket er anvendt.
  5. Skrue enheden på bundpladen, som vist i figur 1B.
    1. Påfør et tyndt lag af sølv epoxy (H20E) fra bundpladen på den U-formede enhed at skabe elektrisk kontakt mellem prøven og pladen. Bages i 15 min. ved 120 ° C. Måle den elektriske kontakt ved hjælp af et multimeter.
    2. Ved hjælp af et tyndt lag af H74F strømtavlens epoxy lim en aluminium post (samme størrelse som prøven) op på anstrengte prøven, vinkelret på a-b cleaving plan. Bage den samlede enhed i 20 min., indtil epoxyen er helbredt.

3. overdragelsen til scanning tunneling mikroskop lederen af enheden

  1. Overføre farvning enheden med prøven og post gennem loading dock af variabel-temperatur, ultrahigh vakuum scanning tunneling mikroskop, analyse afdeling (Se figur 2A).
  2. Bruger en arm manipulator, banke off aluminium post i ultrahigh vakuum ved stuetemperatur, til at afsløre en frisk kløvet overflade.
  3. Straks overføre enheden (med anstrengte prøven) på stedet med et andet sæt af manipulatorer til scanning tunneling mikroskop kammer og til mikroskop hovedet (Se figur 2B), som er blevet kølet ned til 9 K. udfører alle forsøg på 9 K.
  4. Tillad prøve at køle ned natten før han udfører de næste trin.

4. gennemfører STM forsøg

  1. Forberede Pt-Ir tips før hvert forsøg ved field emission på en Cu (111) overflade, der er blevet behandlet med flere runder af sputtering og glødning.
  2. Ved hjælp af den spænding, der anvendes til de piezoelektriske materialer i mikroskop af en ekstern controller, flytte prøve scenen for at justere med tip, følg derefter ved at nærme sig prøven.
  3. Når spidsen er et par Å væk fra prøven og den tunneling nuværende er registreret på oscilloskopet, tager topographs på forskellige setpoint bias og setpoint strømninger.
    Bemærk: Scanning tunneling mikroskop er kontrolleret af producenten-forudsat controller og software. Drift af mikroskopet, henvises til bruger håndbog/tutorials (http://www.rhk-tech.com/support/tutorials/).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

STM topographs blev målt i konstant aktuelle tilstand med setpoint bias-12 MeV anvendes til prøven og en setpoint nuværende af-1.5 nA indsamlet på spidsen. PT-Ir tips blev brugt i alle eksperimenter. For at opnå spin-polariseret STM, har scanning tunneling mikroskop spidsen skal belægges med magnetisk atomer, hvilket kan være meget udfordrende. I dette tilfælde at studere Fe1 +yTe, giver prøven selv et simpelt middel til at opnå dette. Overskydende jern (y i Fe1 +yTe) er svagt bundet på kløvet overflade. Scanning tip på en lav bias og med en høj nok strøm overstiger et par nanoamperes bringer spidsen i umiddelbar nærhed af disse Fe-atomer og et par af disse atomer kan afhentes af tip36. Den anden metode, der giver et spin-polariseret tip måles af hurtige faldet prøve-tip adskillelse indtil kontakt er lavet (på placeringen af overskydende jern koncentration) som ved en nuværende mætning. Under processen, overskydende strygejern bond på spidsen. Vellykket forberedelse af en spin-polariseret tip er afsløret af den magnetiske kontrast i topografi, hvis hyppighed er to gange lattice konstanten af top tellur atomer. Denne ekstra graduering er den antiferromagnetic orden i prøven, som diskuteres yderligere nedenfor.

Figur 4A viser en 10 nm atomic-opløsning topografiske billede på en unstrained Fe1 +yTe enkelt krystal med nonmagnetic scanning tunneling mikroskop spids. Den atomare struktur set svarer til Te atomer, som udsættes efter holde prøven (Se figur 3A). Fouriertransformation (FT) af topografien viser fire skarpe toppe på hjørnerne af billedet langs den a - og b-retninger, mærket qTeen og qTeb, der svarer til de atomare Bragg toppe. Den centrale brede top i FT svarer til lang bølgelængde uensartethed, som ikke er relevante for den aktuelle undersøgelse. Figur 4 c viser en anden topograph af samme størrelse som i figur 4A, fremstillet med en magnetisk spids. Envejs striber med en hyppighed af dobbelt så stor som gittermaster langs en akse er observeret. FT af topograph ses i figur 4D viser, ud over Bragg toppe, et par nye satellit toppe på QAFM1, svarende til halvdelen af Bragg peak momenta, og derfor to gange virkelige rum bølgelængde. Den nye struktur svarer til AFM stribe rækkefølge af Fe-atomer lige under overfladen.

På denne unstrained prøve er det ikke vanskeligt at observere twin domæne grænser hvor krystalstruktur med b-længdeakse og den ledsagende AFM stribe rækkefølge Roter 90°. Figur 4E viser en 25 nm spin-polariseret topograph for en AFM twin domæne grænse. FT i billedet viser nu to par af AFM rækkefølge (fremhævet af grønne og gule cirkler). Hver magnetisk domæne bidrager til kun ét par af QAFM toppe i FT. For at visualisere dette klart, vi Fourier-filtreret hvert par af AFM toppe og inversed FT tilbage til virkelige rum. Resultaterne er vist i figur 4 gH fremhæve to énvejs stribe domæner.

Dermed, vi studerede domænestruktur og grænser på overfladen på en stor skala. Figur 5A, figur 6Aog figur 7A vise store topographs på tre forskellige unstrained prøver der spænder over et samlet område af lidt over 0,75 µm x 0,75 µm. Flere mindre zoomet i topographs er også vist at fremhæve den stribe struktur. Topographs er taget med en stor rumlig opløsning (1024 x 1024 pixels pr. 0,25 µm2) at tillade Fourier filtrering og inverse Fourier transform analyse på den store skala. Den tilsvarende domæne strukturer og grænser vises i figur 5B, figur 6 cog figur 7 H. Samlede, flere skiftende stribe domæner er observeret dækker områderne samlet lige som forventet for disse unstrained prøver. Det er vigtigt at bemærke, at på denne store skala overfladen er samlet atomically flade, endnu et par forskellige strukturelle uregelmæssigheder, som linje defekter (figur 5A) og atomic trin (figur 7A), kan overholdes. Stribe domæner påvirkes ikke af disse uregelmæssigheder.

Herfra flyttede vi til anstrengt prøven. Figur 8 viser en omfattende topograph, der spænder over et samlet område af ~1.75 µm x 0,75 µm, som er mere end to gange det samlede areal strakte sig i de unstrained prøver, som vist i figur 5 figur 6og figur 7. I skarp kontrast viser FT for hver topograph kun et par af AFM toppe der viser kun et enkelt domæne på denne anspændte prøve. Dette kan yderligere visualiseres af Fourier-filtreret iFT analyse bekræfter domænet enkelt stribe over hele området. Igen, er ensrettet stribe rækkefølge ikke at blive påvirket af de forskellige overflade uregelmæssigheder i denne anspændte prøve.

Figure 1
Figur 1: stamme enhed. (A) skematisk af stamme-enhed. U-formet enhed har to mikrometer skruer (1) kompression og (2) udvidelse af enhedens gap-området. Prøven kan begrænses inde i hullet som vist i figur paneler A og C eller oven på hullet som vist i figur paneler A og B. En kombination af H20E og H74F epoxyer er anvendt til prøven og helbredt ved 100 ° C. Når epoxy på prøven er helbredt, epoxied et indlæg af om det samme areal som som prøven på prøveoverfladen, ved hjælp af H74F. (B) den faktiske opsætningen af stamme-enhed med en top view, set forfra, og en zoom-in af prøven. Enheden er skruet fast til en prøveholderen, der glider ind i mikroskop hoved. En kontaktperson er oprettet ved hjælp af ledende epoxy fra enheden til prøve plade. Overførsel af pres er aktiveret ved hjælp af en skrue og en række Belleville foråret diske. Den sidste panel af B viser stamme enheden sat op, klar til at blive flyttet til UHV analyse kammer. (C) en alternativ metode er at have en prøve inde i hullet i den stamme enhed. I de to midterste paneler af C, er en anden unstrained prøve epoxied på enheden for reference. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 2
Figur 2: Scanning tunneling mikroskop setup. (A) den scanning tunneling mikroskop setup. Mikroskop er placeret i en akustisk kammer, som er afskærmet fra støj på radiofrekvens (RF). (B) i mikroskopet hovedet med en nøgne prøveholderen. Pt/Ir spidsen er synlig. Prøven fase kan flyttes ved et sæt af piezo aktuatorer, således at prøven er lige over spidsen. (C) mikroskopet hoved er placeret inde to stråling skjolde. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 3
Figur 3: Fe1 +yTe krystalstruktur. (A) krystalstruktur af FeTe med det øverste lag viser tellur atomer. De røde stiplede linier skitsere tre enhed celler. (B) en real-space skematisk illustration af atomic enhed celle (røde streg) og magnetisk af FeTe struktur (sort streg). Den magnetiske wavevector λafm er to gange den atomare afstand mellem Te-Te atomer. Pilene på Fe-atomer angive spin retningslinjer. (C) skematisk diagram illustrerer AFM twin domæner, der dannes, når køling, gennem den strukturelle overgang fra tetragonal til monoclinic på ~ 60 til 70 K, med en tilsvarende population af de to domæner. (D) svar af den detwinning proces, når en mærkbar mængde stamme anvendes langs b-aksen (sorte pile) med ét domæne forbedret (rød) og andet domænet formindsket (blå). (E) A komplet detwinned domæne, hvilket efterlader kun et enkelt domæne. (F-H) FT af den virkelige rum i paneler C-E. QAFM1 toppe svarer til de røde real-space-domæner, og QAFM2 toppe svarer til blå-domæner. Gitter Bragg toppe er betegnet som sorte prikker i hjørnerne af billedet. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 4
Figur 4: Unidirectional graduering fra unstrained Fe1 +yTe. (A) A 10 nm x 10 nm topograph af den atomare gitterstruktur Fe1 +yTe med ingen magnetiske kontrast. (B) FT af panel A, viser Bragg toppe på hjørnerne af billeder (sorte cirkler). (C) A 10 nm x 10 nm topograph for magnetiske strukturen af Fe1 +yTe, målt ved hjælp af en spin-polariseret tip. De ensrettede striber på tværs af en akse svarer til toppe optræder på QAFM1 = qTeen/2 i FT, som vist i panelet D. (E) en 25 nm x 25 nm topografiske billede over en twin domæne grænse. (F) FT af panelet E, viser to sæt tinder QAFM1 og QAFM2. (G) Inverse Fourier transform (iFT) QAFM1 toppe fra panelet F. Den røde farve svarer til den høje intensitet QAFM1 toppe. (H) iFT QAFM2 toppe fra panelet F. Domæne grænse er klart adskiller sig fra de billeder, der vises i paneler G og H. Inverse Fourier filtrering metode har været anvendt i efterfølgende tal til at identificere de forskellige domæner. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 5
Figur 5: Imaging twin domæner i unstrained Fe1 +yTe. (A) en 0,75 µm x 0,25 µm topografiske billede viser twin grænser. Dataene blev erhvervet i tre tilstødende topografiske billeder, hver 0,25 µm x 0,25 µm. (B) bruge iFT, domæne grænserne er tydeligt indlysende. (C-E) Zoom-ins af billeder er markeret med en (X) og en gul-farvet stiplet boks er vist med fremhævet, stiplede, farvede bokse omkring grænserne. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 6
Figur 6: Imaging flere domæner fra unstrained Fe1 +yTe. (A) en 0,10 µm x 0,10 µm topografiske billede af en unstrained Fe1 +yTe. (B) FT af panel A, som viser toppe i begge retninger, nemlig QAFM1 og QAFM2. (C) iFT billedet af panelet A, med angivelse af de forskellige domæner. (D og E) Zoom-ins af den markerede gul - og orange-stiplede bokse i panelet A. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 7
Figur 7: Imaging twin domæner fra unstrained Fe1 +yTe. (A) topografiske billeder der spænder over et areal på 0,75 µm x 0,5 µm. (B-D) linje nedskæringer af topograph taget over sort, lilla og grønne pile i panelet en. (E-G) Zoom-in på de områder, der er fremhævet i de grønne, brune og gule (X) varemærker i panelet A. (H) iFT panel A, viser to domænerne. De hvide stiplede linjer er trin kanter/grænser. Domænerne er upåvirket af disse strukturelle egenskaber. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Figure 8
Figur 8: Imaging detwinned domæner i anstrengt Fe1 +yTe. (A) A store 1.750 µm x 0,50 µm topografi taget på en anstrengt Fe1 +yTe prøve. (B og C) The FT af de to største (0,50 µm x 0,50 µm) enkelt topographs erhvervelse på et par af AFM toppe i én retning. (D) den Fourier-filtrering og iFT proces anvendes på billeder i panelet, som viser kun et enkelt domæne som forventet. Den stiplede linje i panelet D er et skridt, som ikke påvirker den ensrettede domæne. (E) A zoom i af det fremhævede område i gule (X) viser envejs striber. (F) A zoom i panelet E, også viser klart de ensrettede striber i eksemplet detwinned. (G) FT panel E. AFM toppe vises kun i én retning, som er enig med real-space struktur i panelet E. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Alle operationer skal flytte prøverne i og inde i STM udføres ved hjælp af sæt af arm manipulatorer. STM bevares ved lave temperaturer af flydende kvælstof og flydende helium, og prøven køler ned i mindst 12 timer før ved at blive kontaktet. Dette giver mulighed for temperaturen i prøven og mikroskop til nå termisk ligevægt. For at isolere elektrisk og akustisk støj, placeres STM i en akustisk og radio frekvens afskærmet rum. Mikroskop hoved er yderligere suspenderet fra fjedre til optimeret instrumental stabilitet. Prøven fase kan oversættes med flere millimeter, som giver adgang til forskellige dele af 1 mm anstrengt prøver.

Da enakset tryk parameteren tuning i eksperimentet beskrevet her, er det bydende nødvendigt, at termisk stress genereret fra nedkøling ikke overføres direkte til prøven. For dette ansætter vi en serie af Belleville foråret diske. Ved hjælp af arbejdsbelastning Belleville foråret diske af 67 Nielsen, og fordrejninger på arbejdsbelastning på 50 µm, beregner vi foråret konstant for hver disk som k = 1,3 x 106 N/m, hvilket giver en total foråret konstant k = 1,625 x 105 N/m f eller 4 par springs i serien. Dette sikrer den termisk stress på prøven gennem afkøling fra stuetemperatur til 4 K at være mindre end 0,05% til en anvendt stamme af 1% og derfor ubetydelige. I eksperimentet, vi rotere mikrometer skrue 50 °, hvilket svarer til Δx = 50 µm. Den kraft på prøven gennem fjedrene kan beregnes for at 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 af 70 Gpa for FeTe37, de anvendte enakset tryk svarer til 0,1% belastning.

En stor udfordring i at integrere stamme-enheder med STM er anvendelsen af stamme uden at bryde eller indfører revner i prøven. Test forsøg på flere prøver af Bi-2212, Sr3Ru2O7, og Fe1 +yTe har vist at, afhængigt af tykkelsen prøve prøverne modstå stammer af op til ~0.8%-1.0%, svarende til ~ 1 GPa af anvendt pres. Ingen tegn på revner på prøveoverfladen er observerbare under denne værdi som set visuelt af et optisk mikroskop. Seneste arbejde efter de samme principper har med succes demonstreret anvendelsen af ±1% belastning på Sr2RuO4 9.

Succesen med denne teknik ligger i omhyggelig udførelse af korrekt justering af prøven over 1 mm hul og anvendelsen af belastningen på prøven uden at bryde eller bøje det. En anden vigtig overvejelse er en cleaving proces, som giver mulighed for eksponering af en ren flad overflade. Dette er en tilfældig proces og fungerer bedst for materialer, der spaltes let. En sidste overvejelse er at have en skarp spids, der giver atomic opløsning og kan afhente nogle overskydende jern atomer til at opnå magnetiske kontrast.

Afslutningsvis, viser eksperimenter og analyser beskrevet her korrekt indarbejdelsen af vores stamme enhed med STM, giver en ny tuning parameter, der kan være uvurderlig i studiet af konkurrerende ordrer i korrelerede elektron systemer. Fordelen ved den aktuelle enhed er den brede vifte af positive og negative stamme, der kan anvendes til prøven. Denne demonstration kan påvirke andre spektroskopiske eksperimenter som ARPES.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Acknowledgments

P.A. anerkender støtte fra den amerikanske National Science Foundation (NSF) karriere under award nr. DMR-1654482. Materielle syntese blev gennemført med støtte fra den polske nationale 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 sag 145 enakset stamme scanning tunneling mikroskopi polariseret spin-STM jern-baserede superledere antiferromagnetic domæner ukonventionelle superledning
Visualisere enakset-stamme Manipulation af Antiferromagnetic domæner i Fe<sub>1 +</sub><em><sub>Y</sub></em>Te med et Spin-polariseret Scanning Tunneling mikroskop
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