Yöntem makalesi

Radyo frekansı Magnetron GdBa2Cu3O7−δfışkırtması / La0,67Sr0,33MnO3 yarı bilayer Filmler SrTiO3 (STO) tek-kristal yüzeyler üzerinde

6.5K görüntüleme

⸱

DOI:

10.3791/58069

⸱

12 Nisan 2019

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physics, Mathematics, Shanghai Key Laboratory of Materials Protection and Advanced Materials in Electric Power, Shanghai University of Electric Power, 2Key Laboratory of Artificial Structure and Quantum Control, Ministry of Education, Department of Physics, Shanghai Jiao Tong University, 3Shanghai Institute of Space Power-sources, 4Shanghai Key Laboratory of High Temperature Superconductors, Shanghai University

Bu makalede

Özet

Burada, biz LSMO nano tanecikleri büyümek için bir protokol mevcut ve (Gd) BCO radyo frekansı (RF) tarafından tek-kristal yüzeylerde (001) SrTiO3 (STO) filmleri-SAÇTIRMA.

Özet

Burada, kaplama ferromanyetik La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nano tanecikleri (001) SrTiO3 (STO) tek-kristal yüzeylerde magnetron radyo frekansı (RF) SAÇTIRMA tarafından üzerinde yöntemi göstermektedir. LSMO nano tanecikleri 10 fan çapı 20 nm ve yükseklikleri 20 ve 50 nm arasında tevdi. Aynı anda (Gd)2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) Filmler her ikisinde fabrikasyon Ba bezemesiz ve LSMO nanopartikül STO yüzeylerde SAÇTIRMA RF magnetron kullanarak dekore edilmiştir. Bu rapor Ayrıca GdBa2Cu3O7−δözelliklerini açıklar / La0,67Sr0,33MnO3 yarı bilayer filmleri yapıları (Örneğin, kristal fazı, Morfoloji kimyasal bileşimi); mıknatıslanma, Manyeto-taşıma ve süper iletken aktarma özellikleri de değerlendirildi.

Giriş

Geniş bantlı, yarı-metalik ferromagnetism, eksikler ve potansiyel için olağanüstü fırsatlar sağlayan elektronik Birleşik dolaşmış gibi benzersiz özellikler var delik katkılı manganez La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) spintronic uygulamaları1,2,3,4. Şu anda, pek çok araştırmacı için yüksek sıcaklık süper iletken (HTS) Film, girdap hareket Ba2(yeniden) Cu3O7−gibi yaşamak için LSMO benzersiz özelliklerini yararlanmak için gayret δ Filmler (REBCO, yeniden nadir - toprak elementi =)5,6,7,8,9,10,11,12. Nano dekorasyon substrat yüzeylerin ferromanyetik nano tanecikleri ile iyi tanımlanmış siteleri merkezleri beklenen yoğunluğu13,14sabitleme manyetik inducing için sağlayacaktır. Ancak, yetenek yoğunluk ve geometrisi üzerine son derece dokulu yüzeyleri, nano tanecikleri gibi tek-kristal yüzeylerde ve son derece dokulu metal yüzeyler üzerinde denetlemek için çok zordur. En sık, nano tanecikleri sentez ve metal organik ayrışma yöntemleri15kullanarak yüzeylerde boyalı ve darbeli lazer biriktirme yöntemleri16,17. Nabız lazer biriktirme yöntemleri üzerinde çeşitli yüzeylerde boyalı nano tanecikleri sağlamasına karşın, geniş alana homojen nano tanecikleri ifade fark etmek zordur. Metal organik ayrışma yöntemleri gelince, onlar nano tanecikleri geniş bir alan ifade için uygun bulunmaktadır. Ancak, nano tanecikleri olmayan tekdüze ve kolayca küçük fiziksel stres tarafından hasarlı çoğu kez.

Bu teknikler arasında RF-magnetron SAÇTIRMA pek çok avantajı vardır. SAÇTIRMA yüksek ifade oranı, düşük maliyetli ve zehirli gaz emisyon eksikliği vardır. Ayrıca, büyük ölçekli alan yüzeylerde18,19' a genişletmek kolaydır. Bu yöntem, tek adım La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nano tanecikleri oluşumunu sağlar ve nano tanecikleri tek-kristal yüzeyler üzerinde yatırılması kolaydır. RF magnetron SAÇTIRMA geniş bir alan nano tanecikleri düzgün yüzeyler, yüzey dokusu ve yüzey pürüzlülüğü20bakılmaksızın çeşitli bir yelpazede oluşturabilirsiniz. Parçacık denetimi elde tarafından sputtering zamanını ayarlayın. Homojenliği elde edilebilir tarafından hedef-substrat mesafeyi ayarlamak. RF-magnetron SAÇTIRMA dezavantajı onun bazı oksitler21daha düşük büyüme oranıdır. Bu yaklaşımda, hedef atom (veya moleküller) hedef dışarı argon iyon tarafından tekledi ve sonra nano tanecikleri yüzeylerde buharı faz22üzerinde yatırılır. Nano tanecikleri oluşumu substrat bir tek adım23yılında ortaya çıkar. Bu yöntem teorik olarak süper iletken ince film, direnç film, yarı iletken film, ferromanyetik ince film vb ancak, bugüne kadar ferromanyetik yatırmak için protokolleri hakkında raporlar da dahil olmak üzere herhangi bir malzeme için geçerlidir nano tanecikleri çok azdır.

Burada, biz GdBa2Cu3O7−δiddaa0,67Sr0,33MnO3 yarı bilayer filmleri SrTiO3 (STO) tek-kristal yüzeyler tarafından RF magnetron SAÇTIRMA biriktirme göstermek yöntemi. Hedef malzemeleri, GdBa2Cu3O7−δ ve La0,67Sr0,33MnO3 hedef iki tür süreç içinde kullanılır. SrTiO3 (STO) tek-kristal yüzeylerde GdBa2Cu3O7−δFilmler ve GdBa2Cu3O7−δiddaa0,67Sr ile kaplı 0,33 MnO3 yarı bilayer filmler.

Bu protokol için GdBa2Cu3O7−δiddaa0,67Sr0,33MnO3 yarı bilayer filmleri STO (001) yüzeyler üzerinde SAÇTIRMA RF magnetron ile yatırılır. Hedef çapı 60 mm ve hedef ve yüzeyler arasındaki mesafe yaklaşık 10 cm. Isıtıcılar 1 cm yüzeylerde yukarıda konumlandırılmış ampuller vardır. Bu sistemde. 850 ° C en yüksek sıcaklıktır Bu sistemi 5 farklı yüzeylerde vardır. GdBa2Cu3O7−δiddaa0,67Sr0,33MnO3 yarı bilayer filmleri SAÇTIRMA RF magnetron yüzeylerde ve RF magnetron hazırlanması olan iki adımlardan oluşur sputtering işlemi. Sputtering sistem resmini artistik S1içinde gösterilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

1. substrat ve hedef hazırlık

Not: Bu bölümde sputter ifade odası ve tek kristal SrTiO3 (STO) yüzeylerde hazırlanması açıklanmaktadır.

  1. 10 mm x 10 mm SrTiO3 (STO) tek-kristal yüzeylerde fışkırtması sürecini RF magnetron sırasında kullanın.
  2. Sırayla yüzeylerde isopropanol ve ultrasonik banyo oda sıcaklığında 10 dakika her deiyonize su temiz. O zaman kuru yüzeylerde için azot ile kaplama substrat ve iyi film bağlılık üniforma.
  3. Gümüş tozu iletken yapıştırıcı ile substrat sahipleri (001) STO yüzeylerde bağlayın. Bunlar vakum odası içine yükleyin.
  4. Magnetron enjeksiyon tabancasını LSMO hedef dağ ve silahı tekrar kurmak. Magnetron ve çevresindeki kalkan arasında kısa devre önlemek için bir ohmmeter ile direncini test. Vakum odası kapalı yakın ve pompa aşağı.
  5. Vakum 1 x 10-4 Pa daha düşük olduğunda, 850 ° c Isıtma hızı 8 cm hedef-substrat uzaklık 15 ° C/dak kümesinin kullanarak yüzeylerde ısı.
  6. Kütle akış denetleyicisi o 10 sccm ve 5 sccm ar gaz akışı çalışma olarak ayarlayın. AR kullanın / O karışık gaz O Katyonik oranı (3) La0,67için Sr0,33MnO3 malzeme büyüme sırasında tutmak için.
  7. Biriktirme önce LSMO hedef 20 dk 30 W. yüksek güç olacak yol hedef çatlaklar için önceden şaplatın ve o yüzden biz 20 dk 30 W. için düşük güç kullanarak temiz bir yüzey için daha fazla zaman olacak yol

2. LSMO nanopartikül ifade

Not: RF-magnetron SAÇTIRMA tarafından LSMO nano tanecikleri birikimi bu bölümde açıklanmaktadır.

  1. 25 oda basınç elde etmek için Pa, moleküler pompa ateli Vana ayarlayın. Anlık değeri 25 daha büyük hale geliyor eğer Pa, döndürmek bu yönünün; Eğer 25Pa küçük hale geliyor, saat yönünde döndürün. Basınç sabit bir değere yerleşmiş bulunmaktadır kadar devam edin.
  2. Yüzey sıcaklığı 850 ° C'de kalır ve kararlı olduğundan emin olun.
  3. Plazma stabilize kadar 10 dk bekle W. 80 30-magnetron gücünü artırmak.
  4. Objektif kapağı açın ve LSMO üzerinde ısıtmalı substrat mevduat.
    Not: Biz 5, 10, 30 ve 60 sputtering kez kullanılan s dört örnekleri için.
  5. Panjurları kapa. Kapatma için magnetron kapatın. Gaz vanası kapatıp ısıtıcı güç kapalı.
  6. Oda sıcaklığına örnekleri ne yapıyorsun? Alışılmışın dışında bu bu sistemde en az iki saat sürer. Odası kuru azot ile delik açmak ve örnekleri kaldırın.

3. GdBa2Cu3O7−δ Film biriktirme

  1. GdBa2Cu3O7−δhedef magnetron tüfek monte sonra silahı tekrar kurmak. 1.4-2.8 adımlara benzer adımları kullanarak herhangi bir (Gd) BCO filmleri Kasası. 30 dk olması gereken sputtering zaman dışında LSMO nano tanecikleri gelince (Gd) BCO filmler için benzer ifade koşullar kullanıyorsunuz. Bundan sonra büyüme sona erecek ve sonrası tavlama sonraki adımdır.
  2. Numune sıcaklığı 500 ° c azaltmak Sonra oksijen odası basınç 75.000 PA Hold örnekleri Bu sıcaklıkta bir saat vermek için gaz valfi açın.
    Not: 500 ° C ve 75.000 odası baskısı için sıcaklık Pa vardır düzgün LSMO nano tanecikleri ulaşmak için.
  3. Oda sıcaklığına örnekleri ne yapıyorsun? Odası kuru azot ile delik açmak ve örnekleri kaldırın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

(Gd) BCO filmleri çıplak her iki ve LSMO kalınlığı STO dekore substrat yapıldı 500nm, yüzey profilometer tarafından ölçüldü. Film kalınlığı zaman SAÇTIRMA tarafından kontrol ediliyordu. Şekil 1a b LSMO nanopartikül AFM görüntüsünü gösterir (saat 10 SAÇTIRMA s) 1.0 cm x 1.0 cm tek-kristal STO yüzeylerde bunu kanıtlayacak üzerinde Tanrı'nın ASKERLERİ'ni yüzeylerde düzgün yetiştirilen LSMO nano tanecikleri. Yüzey ve filmleri pürüzlülüğü ölçmek i...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

Burada bu yöntem LSMO ferromanyetik nano tanecikleri, SrTiO3 tekdüze dağılım (STO) tek-kristal yüzeylerde hazırlamak için kullanılabilir göstermiştir. (Gd) BCO filmler de çıplak hem de yatırılır ve Tanrı'nın ASKERLERİ'ni substrat LSMO dekore edilmiştir. Büyüme sıcaklıklar ve hedef-substrat mesafe, gibi yatırılan parametreleri uygun bir ayarlama ile bu yöntem manyetik ve manyetik olmayan parçacıklar veya katmanlar, örneğin, CeO2, YSZ (yatırılan farklı türde için yararlı olsa gerek Zirkon itriyum-sağl...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

Bu eser Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı Çin tarafından (No. 51502168; desteklenmiştir No.11504227) ve Shanghai Belediye doğal Bilim Vakfı (No.16ZR1413600). Yazarlar minnetle Shanghai Jiao Tong, enstrümantal analiz Merkezi üniversite ve Ma-tek analitik laboratuar yetkili teknik destek için teşekkür ederiz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Püskürtme Biriktirme SistemiShenyang bilimsel aletler Limited Hissesi Ltdtarafından Ismarlama
SrTiO3 Tek Kristal YüzeyHefei Ke kristal malzeme teknolojisi Co, LtdTek taraflı epi-cilalı(001) oryantasyon
La0.67< / sub>Sr0.33< / sub>MnO3< / sub> püskürtme hedefiHefei Ke kristal malzeme technology Co., LtdIsmarlama60 mm çap
GdBa < sub > 2 < / sub > Cu < sub > 3 < / sub > O < sub > 7 < / sub >< sub > eksi; δ püskürtme hedefiHefei Ke kristal malzeme teknolojisi Co, LtdIsmarlama60 mm çaplı
Atomik Kuvvet MikroskobuBrü kerDimension Icon X-ışını
DifraktometresiBrü kerD8 Discover
Fiziksel Özellik Ölçüm SistemiQuantum DesignPPMS 9

Kaynaklar

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. Bulaevskii, L. N., Chudnovsky, E. M., Maley, M. P. Magnetic pinning in superconductor-ferromagnet multilayers. Applied Physics Letters. 76 (18), 2594-2596 (2000).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Lange, M., Bael, M. J. V., Bruynseraede, Y., Moshchalkov, V. V. Nanoengineered Magnetic-Field-Induced Superconductivity. Physical Review Letters. 90 (19), 197006(1970).
  10. 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).
  11. Guo, H., Ward, T. Z. Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides. Journal of Visualized Experiments. 77, e50573(2013).
  12. 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).
  13. 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).
  14. Morgan, D. J., Ketterson, J. B. Asymmetric Flux Pinning in a Regular Array of Magnetic Dipoles. Physical Review Letters. 80 (16), 3614-3617 (1998).
  15. Gutierrez, J., et al. Anisotropic c-axis pinning in interfacial self-assembled nanostructured trifluoracetate-YBa2Cu3O7−x films. Applied Physics Letters. 94 (17), 172513(2009).
  16. 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 (0), 241-245 (2012).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Shen, H., Wei, B., Zhang, D., Qi, Z., Wang, Z. Magnetron sputtered NbN thin film electrodes for supercapacitors. Materials Letters. 229, 17-20 (2018).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Petrisor, T. Jr, et al. Magnetic pinning effects of epitaxial LaxSr1-xMnO3 nanostructured thin films on YBa2Cu3O7-delta layers. Journal of Applied Physics. 112 (5), (2012).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

GdBa2Cu3O7 delta FilmleriLa0 67Sr0 33MnO3 Nanopartik lleriSrTiO3 Altl klarOksit Film BiriktirmeNanopartik l B y tmeS periletkenlik zellikleriManyetizasyon HisterezisiKritik Ak m Yo unlu uAFM G r nt leme

İlgili makaleler