Waiting
Login processing...

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

Engineering

Soy Uniaxial manipülasyon bir Spin polarize tarama mikroskop tünel kullanarak Fe1 +YTe Antiferromagnetic etki alanlarının görüntülenmesi

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

Uniaxial zorlanma kullanarak spin polarize tarama tünelleme mikroskobu ile birlikte, biz görselleştirmek ve Fe antiferromagnetic etki alanı yapısını işlemek1 + yTe, demir-esaslı süper iletkenler üst bileşik.

Abstract

Macera ilişkili elektronik sistemleri anlamak için yeni deneysel teknikleri ve yöntemleri geliştirme yönünde deneysel ölçümler sınırlarını itti vardır. Burada bizim değişken sıcaklık controllably uçak-uniaxial zorlanma örneklerinde işlemek ve Atom ölçeğinde elektronik onların yanıt sonda bize sağlar tünelleme mikroskobu tarama içine entegre bir roman ev yapımı uniaxial zorlanma aygıtı kullanın. Tünelleme mikroskobu (STM) spin-polarizasyon teknikleri ile tarama kullanarak, biz antiferromagnetic (AFM) etki alanları ve Fe1 +yTe örnekleri, demir-esaslı süper iletkenler, üst bileşik atom kendi yapısında görselleştirmek ve nasıl bu etki alanlarına uygulanan uniaxial zorlanma için tepki göstermektedir. AFM etki unstrained örneğinde, ortalama etki alanı boyutunu ~ 50-150 çift yönlü gözlemlemek nm, uygulanan uniaxial baskı altında bir tek tek yönlü etki alanına geçiş. Burada sunulan bulgular STM yanı sıra diğer spektroskopik teknikleri, kuantum malzeme sistemlerinde kırma simetri inducing gelince elektronik özellikleri ayarlamak için her ikisi de değerli bir ayarlama parametre kullanmak için yeni bir yön açın.

Introduction

Yüksek sıcaklık üstüniletkenlik cuprates ve demir tabanlı süperiletkenler kuantum madde1,2ilginç bir durumdur. (Dönme ve çevirim simetri elektronik devletlerin break) elektronik nematik ve smectic aşamaları, ile gibi çeşitli kırık simetri durumları yerel olarak iç içe doğası anlayış üstüniletkenlik içinde büyük bir sorun olduğunu üstüniletkenlik3,4,5,6,7. Manipülasyon ve kasıtlı bu kırık simetri ülkelerin ayarlama anlama ve süperiletkenlik kontrol doğru önemli bir hedefi var.

Kontrollü zorlanma, hem uniaxial hem de biaxial, yoğun madde sistemleri8,9,10,11,12toplu elektronik Amerika'da ayarlamak için köklü bir tekniktir, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Bu temiz tuning, kimyasal doping aracılığıyla bozukluk giriş, yaygın olarak deneyler çeşitli toplu elektronik özellikleri23,24,25,26 ayarlamak için kullanılır . Örneğin, uniaxial basınç üstüniletkenlik Sr2RuO413 ve cuprates27 ve manyetik, yapısal ve nematik faz geçişleri demir-esaslı süper iletkenler, üzerinde büyük bir etkisi kanıtlamıştır 10 , 14 , 28 , 29 ve son zamanlarda SmB624topolojik Birleşik ayarlama gösterilmiştir. Ancak, zorlanma STM ve açı çözüldü photoemission spektroskopisi (ARPES), gibi yüzey duyarlı teknikleri kullanımı in situ yetiştirilen sınırlıdır içinde ince filmler eşleşmeyen yüzeylerde26,30olmuştur. Yüzey duyarlı deneylerde tek kristalleri süzün uygulamak ile büyük sorun ultrahigh vakum (UHV) gergin örneklerinde ayırmak gerek olduğunu. Son birkaç yıl içinde alternatif bir yön piezo yığınları9,10,18,31 veya termal genleşme19 farklı katsayıları ile plakalar ince bir örnek epoksi olmuştur ,32. Henüz her iki durumda da, uygulanan yük büyüklüğü oldukça sınırlıdır.

Burada araştırmacılar bir örnek (basınç zorlanma) kısıtlamalar olmadan süzün ve aynı anda STM kullanarak, yüzey yapısını görmenize olanak sağlayan bir roman mekanik zorlanma uniaxial aygıt kullanımını gösterir (bkz. şekil 1). Örnek olarak, kullandığımız tek kristalleri Fe1 +yTe, nerede y = 0,10, (i ise aşırı demir konsantrasyonu) demir chalcogenide süper iletkenler üst bileşik. ~ 60 K, Fe1 +yTe geçişleri yüksek sıcaklık paramagnetic durumundan bir bicollinear şerit manyetik sipariş26,33 düşük sıcaklık antiferromagnetic durumuyla = TN altında ,34 (bkz. şekil 3A, B). Manyetik geçiş daha fazla yapısal bir geçiş tarafından tetragonal monoclinic26,35' e eşlik ediyor. Uçak-AFM sipariş uzun b-yönünü Ortorombik yapısı34işaret spin yapısı ile detwinned etki alanları oluşturur. Spin polarize STM AFM siparişle görüntülenmesi tarafından çift yönlü etki alanı yapısını unstrained Fe1 +yTe örneklerinde yoklama ve uygulanan baskı altında tek bir büyük etki alanına kendi geçiş gözlemlemek (bkz: şematik Şekil 3 C-E). Bu deneylerin başarılı yüzey tarama tünel mikroskopla örnek ve yüzey yapısını aynı anda görüntüleme fizyon burada anlatılan zorlanma uniaxial aygıtı kullanarak tek kristalleri ayarlama göster. Şekil 1 şematik çizimler ve resimler mekanik zorlanma cihazın gösterir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Not: U şeklinde vücut 416-kalite paslanmaz çelik, sert ve Genleşme (CTE), ~9.9 μm/(m∙°C), ~17.3 μm/(m∙°C) 304 kalite paslanmaz çelik için ile karşılaştırıldığında düşük katsayısı olduğu yapılır.

1. mekanik zorlanma uniaxial aygıt

  1. U şekilli aygıt, (1-72 inç başına 72 rotasyonu için karşılık) mikrometre vida, Belleville bahar diskleri ve taban plakası onları ayrı ayrı sonicating aseton içinde ilk ve daha sonra da isopropanol, her, 20 dk için temiz bir ultrasonik banyo sonicator içinde. Bu herhangi bir yabancı maddelerin/parçacıklar kaldırır. Bu işlem mahallede yapılmalıdır.
  2. Onları herhangi bir su kalıntısı kurtulmak için ve degas için 15-20 dakika fırında pişirin.
  3. Keskin bir ustura, bir optik mikroskop altında kesilmediğini gözleyerek kullanılarak Fe1 +YTe örnek boyutu için yani 1 x 2 x 0.1 mm kesme.
  4. Şekil 1 ciçinde gösterildiği gibi birlikte parçaları birleştirmek, ilk paneli. Açılış U içinde 1 mm ve daha küçük ayarlanabilir veya mikrometre vida çifti tarafından büyük cihazın iki tarafında bulunan.

2. baskı uygulanması

  1. İki ayrı yemekleri, mix gümüş epoksi (H20E) ve nonconductive epoksi epoksi bilgi formu talimatlara göre (H74F).
  2. U şekilli cihazda elektrik kişi oluşturma ve Fe1 +yTe örnek b-ekseni boyunca odaklı uzun ekseni ile örnek (1 mm x 2 mm ~0.1 mm x bir büyüklükte) monte gümüş epoksi (H20E) ince bir tabaka uygulayın , üstünde tepe-in belgili tanımlık aygıt, şekil 1 ciçinde gösterildiği gibi 1 mm boşluk arasında. Bir konveksiyon fırın, cihazın 120 ° C'de 15 dakika pişirin
  3. Böylece örnek sıkıca aygıtta desteklenen nonconductive epoksi ile örnek iki tarafı koru. 100 ° C'de 20 dk pişirin
    1. Bir optik mikroskop kullanarak, tüm açılardan farkı ile örnek kenarlarına paralel bir hizalamasını denetlemek için örnek konumunu inceleyin.
    2. İsteğe bağlı olarak, yer boşluk içinde örnekleri ve H20E ve H74F epoksi (şekil 1 c) tarafından uygulanan.
  4. Bir optik mikroskop altında örnek yüzeyinin kesilmediğini gözleyerek mikrometre vida döndürerek basınç gerilim uygulanır.
    Not: Burada bir 50 ° yük uygulanan, ama bu örnek için uygulanacak yük miktarına bağlı olarak değiştirilebilir. Basınç için örnek Belleville bahar diskleri bir dizi tarafından aktarılır. Hiçbir çatlak veya basınç uygulandıktan sonra örnek bükme olmalıdır.
  5. Cihazın taban plakası üzerine şekil 1Badımında gösterildiği gibi boş ver.
    1. Örnek ve plaka arasında elektriksel temas oluşturmak için U şeklinde aygıt üzerine taban plakası üzerinden gümüş epoksi (H20E) ince bir tabaka uygulayın. 120 ° C'de 15 dakika pişirin Bir multimetre kullanarak elektriksel temas ölçmek.
    2. İnce bir tabaka halinde H74F nonconducting epoksi kullanarak, bir alüminyum sonrası (numune olarak aynı boyutta) gergin örnek, a-b sıyırmada uçağın dikey üzerine tutkal. Epoksi tedavi kadar monte aygıt için 20 dk pişirin.

3. tarama tünelleme mikroskobu kafasına cihazın devri

  1. Örnek ve posta yoluyla depoya analiz Odası'na tünelleme mikroskobu tarama değişken sıcaklık, ultrahigh vakum ile boyama cihazı veri aktarımı (bkz. şekil 2A).
  2. Bir kol manipülatör kullanarak, knock off oda sıcaklığında taze cleaved bir yüzey ortaya çıkarmak için ultrahigh vakum alüminyum sonrası.
  3. Hemen in situ olarak 9 K. aşağı soğutmalı (bkz. şekil 2B) mikroskop baş, 9 K. tüm deneyler yürütmek manipülatörler tarama tünel mikroskop odası ve sisteminizi başka bir set ile cihazı (gergin örnek ile) veri aktarımı
  4. Sonraki adımları da taşıyan önce gece sakin örnek sağlar.

4. taşıyan STM deneyler

  1. Pt-IR ipuçları her deneme önce alan emisyon fışkırtması ve tavlama birkaç tur ile tedavi edilmiş bir Cu (111) yüzeyi hazırlayın.
  2. Harici bir denetleyici tarafından mikroskop piezoelektrik malzemelerinde ucu ile hizalamak için örnek sahne hareket uygulanan gerilim kullanarak sonra örnek yaklaşan tarafından izleyin.
  3. İpucu birkaç Å uzakta olduğunda örnek ve tünel geçerli osiloskop, al topographs farklı setpoint önyargıları ve setpoint akımları üzerinde kaydedilir.
    Not: Tarama tünel mikroskop üretici tarafından sağlanan denetleyicisi ve yazılım tarafından kontrol edilir. Mikroskop çalışması için kullanıcı el kitabı/tutorials (http://www.rhk-tech.com/support/tutorials/) bakınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

STM topographs sabit geçerli modu-12 meV örnek ve bir setpoint uygulanan bir setpoint önyargı ile ölçülen-1.5 olarak nA ucunda toplanan. PT-IR ipuçları tüm deneylerde kullanılıyordu. Spin polarize STM elde etmek için hangi-ebilmek var olmak oldukça zor manyetik atomları ile kaplı olması tarama tünel mikroskop ucu vardır. Bu durumda Fe1 +yTe okuyan örnek kendisi bu ulaşmak için basit bir yol sağlar. Aşırı demirleri (y Fe1 +yTe) zayıf cleaved yüzeye bağlıdır. Düşük bir önyargı ve birkaç nanoamperes aşan yeterli akım ucu getiriyor yüksek uç tarama bu Fe atomlar yakınlığı kapatın ve bu atomlar birkaç ipucu36tarafından alınabilir. İlgili kişi olarak (aşırı demir konsantrasyonunun konumunda) yapılana kadar spin polarize bahşiş verir başka bir yöntemi tarafından bir doygunluk geçerli örnek-ipucu ayrılık hızlı azaltmak tarafından ölçülür. İşlemi sırasında bond ucu üzerine aşırı ütüler. Spin polarize bahşiş başarılı hazırlanması olan periyodik olarak iki kez üst Tellür atomların kafes sabit bu topografya, manyetik kontrast tarafından ortaya çıkıyor. Bu ek modülasyon örnek olarak aşağıda daha fazla tartışılan antiferromagnetic sırada bulunuyor.

Şekil 4A bir unstrained Fe 1 +yTe tek kristal nonmagnetic bir tarama tünelleme mikroskobu ipucu ile 10 nm atomik çözünürlükte topografik görüntü gösterir. Görülen atomun yapısı örnek fizyon sonra maruz Te atomlar karşılık gelir ( şekil 3Abakın). Topografya Fourier dönüşümü (FT) boyunca - ve b- qTebir ve qTeb, etiketli atomik Bragg tepeler için karşılık gelen yönde, görüntünün köşelerinde dört sivri tepeler gösterir. Merkez geniş tepe FT içinde hangi geçerli çalışma için alakalı değil uzun dalga boyu inhomogeneity için karşılık gelir. Şekil 4 c başka bir topograph olan manyetik bir ipucu elde edilen şekil 4A, olduğu gibi aynı boyutta gösterir. Tek yönlü bir periodicity iki kez bu kafes bir eksen boyunca çizgili gözlenir. Şekil 4 d gösterir, Bragg ek olarak görülen topograph FT doruklarına, uydu tepeler için yarım Bragg tepe momenta karşılık gelen QAFM1, adlı yeni bir çift ve bu nedenle, iki kez gerçek uzay dalga boyu. Yeni yapısını AFM şerit siparişi yüzeyin hemen altında Fe atomların karşılık gelir.

Bu unstrained örnek üzerinde standart etki alanı sınırları nerede kristal yapısı uzun b-ekseni ve beraberindeki AFM şerit siparişi ile 90 ° Döndür gözlemlemek zor değil. Şekil 4E spin polarize bir 25 nm topograph bir AFM standart etki alanı sınır gösterir. Görüntünün FT şimdi AFM sipariş (yeşil ve sarı daire tarafından vurgulanan) iki çift gösterir. Her manyetik etki QAFMsadece bir çift için katkıda FT Peaks'e. Bu açıkça, biz görselleştirmek için Fourier filtre her çifti AFM tepeler ve inversed FT geri gerçek uzaya. Sonuçlar iki tek yönlü şerit etki alanları vurgulayarak şekil 4 gH içinde gösterilir.

Böylece, etki alanı yapısı ve sınırları büyük ölçüde yüzeyinde okudu. Şekil 5A, şekil 6Ave şekil 7A büyük ölçekli topographs üç farklı unstrained örnek bir toplam bölge biraz 0,75 µm x 0,75 µm üzerinden yayılan görüntülemek. Yakınlaştırılmış içinde birkaç daha küçük topographs de şerit yapısı vurgulamak için gösterilir. Topographs yüksek Uzaysal çözünürlük (1024 x 1024 piksel 0.25 µm2/) ile filtreleme Fourier izin vermek için alınır ve ters Fourier dönüşümü büyük ölçekte analiz. Karşılık gelen etki alanı yapılarına ve sınırları şekil 5B, şekil 6Cve Şekil 7 Hgörüntülenir. Genel olarak, birkaç alternatif şerit genel olarak eşit alanları kapsayan etki alanları için bu unstrained örnekleri beklendiği gibi gözlenir. Hat defektleri (5A rakam) ve atomik adımları (7A rakam), gibi birkaç farklı yapısal düzensizlikler görülebilir henüz bu büyük ölçekte yüzeyi genel olarak atomik düz olduğuna dikkat etmek önemlidir. Şerit etki alanları bu düzensizlikler tarafından etkilenmez.

Buradan, gergin örneğe devam ettim. Şekil 5, şekil 6ve Şekil 7unstrained örneklerinde ~1.75 µm iki kat daha fazla toplam alanı 0,75 µm x toplam bir bölgesi kapsayan bir büyük ölçekli topograph yayılmış şekil 8 gösterir. Tezat, bu gergin örnek yalnızca tek bir etki alanı gösteren AFM zirvesinin sadece bir çift için her topograph FT gösterir. Bu daha da tek şerit etki alanı tüm alana teyit Fourier filtre LFT analizi tarafından görüntülenmiştir. Bir kez daha, tek yönlü şerit emirdir gergin bu örnek farklı yüzey usulsüzlükler tarafından etkilenmez.

Figure 1
Şekil 1: gerginlik cihaz. (A)şeması zorlanma cihazın. U şekilli cihaz iki mikrometre vardır vidayı (1) sıkıştırma ve (2) cihazın genişlemesi için boşluk alanı. Örnek şekil panelleri A ve C ya da şekil A ve Bpanellerinde görüldüğü gibi boşluk üst gösterildiği gibi boşluk içinde sınırlı. H20E ve H74F kullanırdı bir arada örnek için uygulanan ve 100 ° C'de tedavi Bir kez örnek üzerinde epoksi tedavi bu örnek olarak aynı yüzey alanı hakkında bir yazı H74F kullanarak örnek'ın yüzeyine epoxied. (B) bir top ile zorlanma cihazın gerçek kurulum görünümü, önden görünüm ve zoom-in örnek. Aygıt mikroskobu içimizi slaytlar bir örnek sahibi için mahvoldu. Bir kişiyi iletken cihaz örnek plaka epoksi kullanılarak oluşturulur. Transfer baskı bir vida ve Belleville bahar diskleri bir dizi kullanarak etkinleştirilir. B son paneli kurmak zorlanma cihaz gösterir hazır UHV analiz odasına taşındı. (C) bir alternatif yöntem bir örnek zorlanma aygıt boşluğu içinde sahip olmaktır. Ciki orta panel referans için cihaz üzerinde ikinci bir unstrained örnek epoxied. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: tünel mikroskop Kur tarama. (Tarama tünelA) mikroskop Kur. Mikroskop radyo frekanslı (RF) gürültü korumalı bir akustik odası yer alır. (B) bir çıplak örnek sahibi ile mikroskop baş. Pt/IR ipucu görünür. Böylece örnek ipucu değil mi örnek sahne piezo aktüatörler bir dizi ile taşınabilir. (C) mikroskop baş iki radyasyon kalkanları içinde yer alıyor. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: Fe1 +yTe kristal yapısı. (A) FeTe kristal yapısı ile üst tabaka fosfor atomu gösterilen. Kırmızı noktalı çizgiler üç birim hücre anahat. (B) A gerçek-uzay şematik gösterimi atomik birim hücre (kırmızı düz çizgi) ve manyetik yapısı (siyah düz çizgi) FeTe. Manyetik wavevector λafm iki kez atomik Te-Te atomlar arasındaki mesafedir. Fe atomlar okları spin yönelimleri gösterir. (C) şematik diyagramı soğutma, iki etki alanı için ~ 60 ile 70 K, bir eşit monoclinic tetragonal nüfusu yapısal geçiş yoluyla zaman oluşturur AFM ikiz etki gösteren. (D) detwinning yanıt işlemi, zorlanma kayda değer bir miktar ile gelişmiş bir beylik arazi (kırmızı) ve diğer etki alanı b-ekseni (siyah oklar) boyunca uygulandığında (mavi) azalmış. Yalnızca bir tek etki alanı bırakır (E) A tam detwinned etki alanı. (F-H) Panelleri C-Egerçek uzayda FT. QAFM1 doruklarına kırmızı gerçek alan adlarına karşılık ve QAFM2 doruklarına mavi adlarına karşılık. Bragg doruklarına kafes görüntünün köşelerinde siyah noktalar olarak gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: Tek yönlü modülasyon unstrained Fe1 +yTe. (A) A 10 nm x 10 nm topograph Fe1 +yTe yok manyetik kontrast atomik kafes yapısı. Bragg doruklarına görüntüler (siyah daireler) köşelerde gösterilen (B) FT panelinin A. (C) A 10 nm x 10 nm topograph Fe1 +yTe, manyetik yapısı ölçülen bir spin polarize ucu kullanarak. Bir eksen boyunca tek yönlü çizgili QAFM1 görünen doruklarına karşılık gelen = qTebir/2 FT içinde Dpanelinde gösterildiği gibi. (E) A 25 nm x 25 nm topografik görüntü standart etki alanı sınırları boyunca. (F) FT panelinin Eiki gösterilen, QAFM1 ve QAFM2doruklarına ayarlar. (G) ters Fourier dönüşümü (LFT) panelinden F QAFM1 doruklarına. Kırmızı renk QAFM1 doruklarına yüksek yoğunluklu karşılık gelir. (H) LFT panelinden F QAFM2 doruklarına. Etki alanı sınırları açıkça panelleri G ve Hgösterilen görüntüleri ayrıdır. Ters Fourier filtreleme yöntemi sonraki rakamlar farklı etki alanları tanımlamak için kullanılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 5
Şekil 5: ikiz etki alanlarında unstrained Fe1 +yTe görüntüleme. (A)0,75 µm x 0.25 µm topografik görüntü ikiz sınırları gösterilen. Verileri üç bitişik topografik görüntüler, her 0.25 µm x 0.25 µm. (B) kullanma LFT satın alınmıştır, etki alanı sınırları net olarak görülmektedir. (C-E) Zum-ins bir (X) ve sarı renkli noktalı kutu ile işaretlenmiş görüntülerin sınırları çevresinde vurgulanan, noktalı, renkli kutular ile gösterilir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 6
Şekil 6: birden çok etki alanından unstrained Fe1 +yTe görüntüleme. (A)bir unstrained Fe1 +yTe 0.10 µm topografik görüntü x 0.10 µm. Her iki yönde, yani QAFM1 ve QAFM2doruklarına gösteren (B) FT panelinin A. (C) paneli Afarklı etki gösteren, LFT görüntüsünü. (D ve E) Zoom-ins, vurgulanan sarı-turuncu-noktalı ve kasa Masası'nda A. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 7
Şekil 7: ikiz etki alanlarından unstrained Fe1 +yTe görüntüleme. (A)topografik görüntüleri 0,75 µm x 0.5 µm. (B-D) çizgi kesim siyah alınan topograph bir alanı kapsayan, mor ve yeşil okları birpanel. (E-G) Zoom-in Apanelindeki yeşil, kahverengi ve sarı (X) işareti içindeki vurgulanan alanlar. Masası'a Açift etki alanları gösteren, (H) LFT. Beyaz noktalı çizgiler adım kenarları/sınırları vardır. Etki alanlarını bu yapısal özellikler tarafından etkilenmez. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 8
Şekil 8: detwinned etki alanlarında gergin Fe1 +yTe görüntüleme. (A) A büyük 1.750 µm x 0,50 µm topografya gergin Fe1 +yTe üzerinde alınan. (B ve C) FT AFM bir çifti elde iki büyük (0.50 µm x 0,50 µm) tek topographs doruklarına bir yönde. (D) Fourier filtreleme ve LFT İşlem Masası Abeklendiği gibi yalnızca tek bir etki gösterir, Albümdeki uygulanır. Noktalı çizgi D panelinde tek yönlü etki alanı etkilemez bir adımdır. (E) A zoom-in (X) tek yönlü çizgili gösterilen sarı vurgulanan bölgenin. (F) A zoom-in Masası'e Ede açıkça gösteren detwinned örnek tek yönlü çizgili. (G) FT panelinin E. AFM doruklarına Masası Egerçek alanı yapısında kabul eder sadece bir yönde görünür. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Örnekleri içine ve STM içinde taşımak için gerekli tüm işlemleri kol manipülatörler kümesi kullanılarak yapılır. STM düşük sıcaklıklarda sıvı azot ve sıvı helyum tarafından korunur ve yaklaştı önce örnek için en az 12 h soğur. Bu örnek ve mikroskop sıcaklık termal denge ulaşmak sağlar. Elektrik ve Akustik gürültü izole için STM bir akustik ve radyo frekansı korumalı Oda yer alıyor. Mikroskop kafa daha fazla en iyi duruma getirilmiş enstrümantal istikrar için yaylar gelen bekletilir. Örnek sahne 1 mm gergin örnekleri, farklı bölümlerine erişim sağlayan birkaç milimetre tarafından tercüme edilebilir.

Uniaxial basınç burada açıklanan deneyinde ayarlama parametresidir olduğundan, aşağı soğutma üretilen termal stres örneğine doğrudan transfer edilmez şarttır. Bunun için biz Belleville bahar diskleri bir dizi istihdam. 67 N ve saptırma Belleville bahar disklerin çalışma yükü 50 µm çalışma yükte kullanarak, biz Bahar sabiti k olarak her disk için hesaplama 1.3 x 10 =6 k toplam bahar sabit verimleri N/m, 1.625 105 N/m f x = veya yaylar serisi 4 çift. Bu oda sıcaklığından daha az % %0.05 1 ve bu nedenle ihmal edilebilir uygulanan bir zorlanma için olmak 4 K için soğutma ile örnek üzerinde termal stres sağlar. Deneyde, mikrometre vida döndürmek 50° Δx için karşılık gelen tarafından 50 µm =. Örnek yaylar üzerinde uygulanan kuvvet F olmak için hesaplanan kΔx = = 8 N. Bu nedenle basıncıdır p F =/A = 8 N / (0.1 x 10-6 m2) 0,08 = not ortalaması. Bir Young katsayısı 70 için not ortalaması FeTe37için uygulanan uniaxial basınç karşılık gelen % 0.1 soy.

Zorlanma aygıtları STM ile entegre büyük bir sorun büyük yük kırma veya çatlaklar örnek tanıtan uygulama olduğunu. Test Ru2O7Bi-2212, Sr3çeşitli örnekleri üzerinde deneyler ve Fe1 +yTe gösterilen örnek kalınlığına bağlı olarak, soy-in a kadar ~0.8%-1.0%, ~ 1'e karşılık gelen örnekleri dayanmak, uygulamalı, not ortalaması basınç. Hiçbir örnek yüzeyinde çatlaklar observable bu değerin altında görsel bir optik mikroskobu tarafından görüldüğü gibi göstergeleridir. Son çalışma aynı ilkeleri aşağıdaki başarıyla Sr2RuO4 9. üzerinde ±1% yük uygulama göstermiştir

Bu teknik başarısı, kırılma veya bu bükme örnek doğru hizalama dikkatli yürütülmesi 1 mm boşluk ve uygulama örnek yüklenmenize yatıyor. Diğer bir önemli faktör maruz kalma temiz düz bir yüzey sağlar sıyırmada işlemidir. Bu rastgele bir süreçtir ve kolayca ayırmak malzemeler için en iyi. Son bir göz verimleri atomik çözünürlüğü ve bazı aşırı demir atomları kadar manyetik kontrast elde etmek için seçebilirsiniz keskin bir ipucu veriyor.

Sonuç olarak, deneyler ve burada başarılı bir şekilde açıklanan analiz bizim zorlanma aygıtla ilişkili elektron sistemlerinde rakip siparişleri çalışmada çok değerli olabilir yeni bir ayarlama parametre sağlayarak STM, birleşme göstermektedir. Geçerli aygıt örneğine uygulanan pozitif ve negatif yük geniş avantajdır. Bu gösteri spektroskopik diğer deneyler ARPES gibi etkileri olur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar ifşa gerek yok.

Acknowledgments

PA No destek üzerinden ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) kariyer Ödülü altında kabul eder DMR-1654482. Malzeme sentezi Polonya Ulusal Bilim Merkezi grant Hayır 2011/01/B/ST3/00425 desteği ile gerçekleştirilmiştir.

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

STM demir-esaslı süper iletkenler antiferromagnetic etki alanları alışılmamış üstüniletkenlik Mühendisliği sayı: 145 uniaxial zorlanma tünelleme mikroskobu tarama spin-polarize
Soy Uniaxial manipülasyon bir Spin polarize tarama mikroskop tünel kullanarak Fe<sub>1 +</sub><em><sub>Y</sub></em>Te Antiferromagnetic etki alanlarının görüntülenmesi
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