בתפזורת, סרט דק סינתזה של תחמוצות מיוצב אנטרופיה Variant מאלכוהול
Summary
הסינתזה של איכות גבוהות בתפזורת, סרט דק (מ”ג0.25(1-x)Coxני0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O ו (מ”ג0.25(1-x)Co0.25(1-x)ני0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) O מיוצב אנטרופיה תחמוצות מוצג.
Abstract
כאן, אנו מציגים את הליך לסינתזה של סרט דק multicomponent (מ”ג0.25(1-x)Coxני0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) של אוניות צובר O (Co variant) ו- (מ”ג0.25(1-x)Co0.25(1-x)ני 0.25(1-x) CuxZn0.25(1-x)) O (גרסה Cu) אנטרופיה מיוצב תחמוצות. שלב טהור ולא הומוגנית מבחינה כימית (מ”ג0.25(1-x)Coxני0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O (x = 0.20, 0.27, 0.33) ו- (מ”ג0.25(1-x)Co0.25(1-x)ני0.25(1-x) CuxZn0.25(1-x)) O (x = 0.11, 0.27) כדורי קרמיקה הם מסונתז והוא בשימוש בתצהיר של איכות גבוהה במיוחד, שלב טהור, יחיד סרטים רזה הגבישי של סטויכיומטריה היעד. מתודולוגיה מפורט עם העדות של סרטים רזה תחמוצת חלקה, הומוגניות מבחינה כימית, אנטרופיה מיוצב על ידי לייזר פעמו התצהיר על מצעים MgO (001) מונחה מתואר. שלב ואת crystallinity של צובר וחומרים סרט דק מאושרות באמצעות קרני רנטגן. הלחנה ו כימיות הומוגניות מאושרות על-ידי photoelectron הספקטרומטריה הספקטרומטריה ואנליזת אנרגיה. הטופוגרפיה משטח של סרטים רזה נמדד עם סריקת בדיקה מיקרוסקופית. הסינתזה של איכות גבוהה, סרטים רזה תחמוצת גבישי, מיוצב אנטרופיה יחיד מאפשר חקר ממשק, גודל, זן ואפקטים הפרעה על המאפיינים בכיתה החדשה הזאת של תחמוצת המתוסבכים ביותר חומרי.
Introduction
מאז גילוי סגסוגות המתכת אנטרופיה גבוהה בשנת 2004, אנטרופיה גבוהה חומרים משכו עניין משמעותי בשל מאפיינים כגון גדל קושי1,2,3, קשיחות4, 5, קורוזיה-התנגדות-3,–6. לאחרונה, אנטרופיה גבוהה תחמוצות7,8 ו בוריד9 התגלו, פתיחת מגרש משחקים גדול לחובבי גשמי. תחמוצות, בפרט, יכולים להדגים דינאמי ושימושי מאפיינים פונקציונליים כמו ferroelectricity10,11,magnetoelectricity12, thermoelectricity13ו מוליכות-על14 . תחמוצות מיוצב אנטרופיה (כמה) הראו לאחרונה להחזיק מעניין, מאלכוהול תלויי-מאפיינים פונקציונליים15,16, למרות להפרעה משמעותית, גורם זה סוג חדש של חומרים מרגש במיוחד.
מיוצב אנטרופיה שחומרים הומוגנית מבחינה כימית, ל (בדרך כלל קיימים המרכיבים חמישה או יותר), חומרים חד-פאזי איפה התרומה המבצעות entropic (
) כדי האנרגיה החופשית של גיבס (
) הוא משמעותי . כדי לגרום להיווצרות של יחיד שלב תמיסה מוצקה17. הסינתזה של כמה ל, איפה הפרעת המבצעות cationic נצפית על פני האתרים הקטיון, דורש שליטה מדויקת הרכב, הטמפרטורה, קצב התצהיר, להרוות קצב, להרוות טמפרטורה7,16 . שיטה זו מבקשת לאפשר את המתרגל היכולת לסנתז שלב טהור, כדורי קרמיקה תחמוצת מיוצב אנטרופיה הומוגנית מבחינה כימית, שלב טהור, יחיד גבישי, שטוח דק סרטים של סטויכיומטריה הרצוי. חומרי תפזורת יכול להיות מסונתז עם יותר מ 90% צפיפות התיאורטי המאפשר לימוד אלקטרוניים מגנטיים, מבניים המאפיינים או להשתמש כמקורות עבור סרט דק אדי הפיזי התצהיר (PVD) טכניקות. כמו תחמוצות מיוצב אנטרופיה נחשב כאן יש חמש קטיונים, טכניקות PVD סרט דק כי מעסיקים חמישה מקורות, כגון קרן מולקולרית epitaxy (בין) או שיתוף התזה, יוצגו עם האתגר של הפקדת הומוגנית מבחינה כימית סרטים רזה בשל כדי שטף סחיפה. פרוטוקול זה תוצאות יחידה הומוגנית מבחינה כימית, גבישי, שטוח (שורש ממוצע הריבועים (RMS) החספוס של ~0.15 ננומטר) אנטרופיה מיוצב תחמוצת סרטים רזה ממקור גשמי יחיד, אשר מוצגים להחזיק את ההרכב הכימי הנומינלי. פרוטוקול סינתזה זה סרט דק עשוי להיות מוגברת על ידי הכללת בחיי עיר אלקטרון או שיטות אפיון אופטי עבור ניטור בזמן אמת של הסינתזה, בקרת איכות מעודן. מגבלות הצפוי של שיטה זו נובעים להיסחף האנרגיה לייזר אשר עשוי להגביל את העובי של סרטים באיכות גבוהה מתחת 1 μm.
למרות ההתקדמות משמעותית הצמיחה ואת אפיון של סרט דק תחמוצת חומרים10,18,19,20,21, המתאם בין סטריאוכימיה ו מבנה אלקטרוני תחמוצות יכול להוביל הבדלים משמעותיים החומר הסופי הנובעות הבדלים מתודולוגיים לכאורה חסר חשיבות. יתר על כן, השדה של תחמוצות מיוצב אנטרופיה ל הוא מעדיף נייסנט, עם רק שני דוחות הנוכחי של סרט דק סינתזה ספרות7,16. הירשן להשאיל את עצמם במיוחד לתהליך זה, עקיפת אתגרים שהוצגו על ידי בתצהיר אדים כימיים epitaxy קרן מולקולרית. כאן, אנו מספקים פרוטוקול מפורט סינתזה של תפזורת, דק סרטים הירשן (איור 1), על מנת למזער את חומרי עיבוד קשיים, המאפיין לא מכוונות וריאציות, ולשפר את התאוצה של גילוי בשטח.
Protocol
Representative Results
Discussion
ואנו שמוצג פרוטוקול לסינתזה של תפזורת, באיכות גבוהה, אחד הסרטים גבישי (מ”ג0.25(1-x)Coxני0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) תיארו O (x = 0.20, 0.27, 0.33) ו- (מ. ג.0.25(1-x) Co0.25(1-x)ני0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x)) O (x = 0.11, 0.27) תחמוצות מיוצב אנטרופיה. אנו מצפים טכניקות סינתזה אלה להיות ישים …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו הייתה מומן בחלקו על ידי מענק הקרן הלאומית למדע לא. DMR-0420785 (XPS). אנו מודים מישיגן מרכז של אוניברסיטת מישיגן על אפיון חומרים, (MC)2, עבור סיועו עם XPS והמעבדה אוניברסיטת מישיגן ואן Vlack עבור XRD. כן נרצה להודות תומאס Kratofil לסיוע שלו עם צובר חומרי הכנה.
Materials
| MAGNESIUM OXIDE 99.95% | Fisher | AA1468422 | |
| COBALT(II) OXIDE, 99.995% | Fisher | AA4435414 | |
| NICKEL(II) OXIDE 99.998% | Fisher | AA1081914 | |
| COPPER(II) OXIDE 99.995% | Fisher | AA1070014 | |
| ZINC OXIDE 99.99% | Fisher | AA8781230 | |
| TRICHLROETHLENE SEMICNDTR 9 | Fisher | AA39744K7 | |
| ACETONE SEMICNDTR GRD 99.5% | Fisher | AA19392K7 | |
| 2-PROPANOL ACS 99.5% | Fisher | A416S4 | |
| Mineral oil, pure | Acros Organics | AC415080010 | |
| alumina crucible | MTI Corporation | eq-ca-l50w40h20 | |
| ZIRCONIA (YSZ) GRINDING MEDIA | Inframat Advanced Materials | 4039GM-S010 | |
| SiC paper 320/600/800/1200 | South Bay Technology | SDA08032-25 | |
| MgO (100) substrate, 5x5x0.5 mm, 1SP | MTI Corporation | MGa050505S1 | |
| OXYGEN COMPRESSED ULTRA HIGH PURITY GRADE, 99.999% | Cryogenic Gases | OXYUHP | |
| NITROGEN COMPRESSED EXTRA DRY GRADE | Cryogenic Gases | NITEX |
References
- Tsai, M. H., Yeh, J. W. High-Entropy Alloys: A Critical Review. Mater Res Lett. 2 (3), 107-123 (2014).
- Yeh, J. W., et al. Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes. Adv Eng Mater. 6 (5), 299-303 (2004).
- Gao, M. C., Carney, C. S., Dogan, N., Jablonksi, P. D., Hawk, J. A., Alman, D. E. Design of Refractory High-Entropy Alloys. Jom. 67 (11), 2653-2669 (2015).
- Gludovatz, B., Hohenwarter, A., Catoor, D., Chang, E. H., George, E. P., Ritchie, R. O. A fracture-resistant high-entropy alloy for cryogenic applications. Science. 345 (6201), 1153-1158 (2014).
- Zou, Y., Ma, H., Spolenak, R. Ultrastrong ductile and stable high-entropy alloys at small scales. Nat Commun. 6, 7748 (2015).
- Poulia, A., Georgatis, E., Lekatou, A., Karantzalis, A. E. Microstructure and wear behavior of a refractory high entropy alloy. Int J Refract Met Hard Mater. 57, 50-63 (2016).
- Rost, C. M., et al. Entropy-stabilized oxides. Nat Commun. 6, 8485 (2015).
- Jiang, S., et al. A new class of high-entropy perovskite oxides. Scripta Mater. 142, 116-120 (2018).
- Gild, J., et al. High-Entropy Metal Diborides: A New Class of High-Entropy Materials and a New Type of Ultrahigh Temperature Ceramics. Sci Rep. 6 (October), 37946 (2016).
- Schlom, D. G. others Strain Tuning of Ferroelectric Thin Films. Annu Rev Mater Res. 37, 589-626 (2007).
- Zhao, T., et al. Electrical control of antiferromagnetic domains in multiferroic BiFeO3 films at room temperature. Nat Mater. 5 (10), 823-829 (2006).
- Borisov, P., Hochstrat, A., Chen, X., Kleemann, W., Binek, C. Magnetoelectric Switching of Exchange Bias. Phys Rev Lett. 94 (11), 117203 (2005).
- Weidenkaff, A., Robert, R., Aguirre, M., Bocher, L., Lippert, T., Canulescu, S. Development of thermoelectric oxides for renewable energy conversion technologies. Renew Energy. 33 (2), 342-347 (2008).
- Pickett, W. E. Electronic structure of the high-temperature oxide superconductors. Rev Mod Phys. 61 (2), 433-512 (1989).
- Berardan, D., Franger, S., Dragoe, D., Meena, A. K., Dragoe, N. Colossal dielectric constant in high entropy oxides. Phys Status Solidi – Rapid Res Lett. 10 (4), 328-333 (2016).
- Meisenheimer, P. B., Kratofil, T. J., Heron, J. T. Giant Enhancement of Exchange Coupling in Entropy-Stabilized Oxide Heterostructures. Sci Rep. 7 (1), 13344 (2017).
- Miracle, D. B. High-Entropy Alloys: A Current Evaluation of Founding Ideas and Core Effects and Exploring "Nonlinear Alloys.". Jom. , 1-7 (2017).
- Mannhart, J., Schlom, D. G. Oxide Interfaces-An Opportunity for Electronics. Science. 327 (5973), 1607-1611 (2010).
- Mundy, J. A., et al. Atomically engineered ferroic layers yield a room-temperature magnetoelectric multiferroic. Nature. 537 (7621), 523-527 (2016).
- Martin, L. W., Chu, Y. H., Ramesh, R. Advances in the growth and characterization of magnetic, ferroelectric, and multiferroic oxide thin films. Mater Sci Eng R Rep. 68 (4), 89-133 (2010).
- Saremi, S., et al. Enhanced Electrical Resistivity and Properties via Ion Bombardment of Ferroelectric Thin Films. Adv Mater. 28 (48), 10750-10756 (2016).
- Cullity, B. D., Weymouth, J. W. Elements of X-ray Diffraction. Am J Phys. 25 (6), 394-395 (1957).
- Rijnders, G. J. H. M., Koster, G., Blank, D. H. A., Rogalla, H. In situ monitoring during pulsed laser deposition of complex oxides using reflection high energy electron diffraction under high oxygen pressure. Appl Phys Lett. 70 (14), 1888-1890 (1997).
- Sullivan, M. C., et al. Complex oxide growth using simultaneous in situ reflection high-energy electron diffraction and x-ray reflectivity: When is one layer complete?. Appl Phys Lett. 106 (3), 031604 (2015).
- Eres, G., et al. Time-resolved study of SrTiO3 homoepitaxial pulsed-laser deposition using surface x-ray diffraction. Appl Phys Lett. 80 (18), 3379-3381 (2002).
- Fleet, A., Dale, D., Suzuki, Y., Brock, J. D. Observed Effects of a Changing Step-Edge Density on Thin-Film Growth Dynamics. Phys Rev Lett. 94 (3), 036102 (2005).
- Luca, G. D., Strkalj, N., Manz, S., Bouillet, C., Fiebig, M., Trassin, M. Nanoscale design of polarization in ultrathin ferroelectric heterostructures. Nat Commun. 8 (1), 1419 (2017).
- De Luca, G., Rossell, M. D., Schaab, J., Viart, N., Fiebig, M., Trassin, M. Domain Wall Architecture in Tetragonal Ferroelectric Thin Films. Adv Mater. 29 (7), (2017).
- Gruenewald, J. H., Nichols, J., Seo, S. S. A. Pulsed laser deposition with simultaneous in situ real-time monitoring of optical spectroscopic ellipsometry and reflection high-energy electron diffraction. Rev Sci Instrum. 84 (4), 043902 (2013).
- . MDC Vacuum Products | Vacuum Components, Chambers, Valves, Flanges & Fittings Available from: https://mdcvacuum.com/DisplayContentPageFull.aspx?cc=b8ca254a-cdc0-4b71-8603-af10ce18bbcb (2018)
- Dijkkamp, D., et al. Preparation of Y-Ba-Cu oxide superconductor thin films using pulsed laser evaporation from high Tc bulk material. Appl Phys Lett. 51 (8), 619-621 (1987).
- Biegalski, M. D., et al. Relaxor ferroelectricity in strained epitaxial SrTiO3 thin films on DyScO3 substrates. Appl Phys Lett. 88 (19), 192907 (2006).
- Schlom, D. G., Chen, L. Q., Pan, X., Schmehl, A., Zurbuchen, M. A. A Thin Film Approach to Engineering Functionality into Oxides. J Am Ceram Soc. 91 (8), 2429-2454 (2008).
- Damodaran, A. R., Breckenfeld, E., Chen, Z., Lee, S., Martin, L. W. Enhancement of Ferroelectric Curie Temperature in BaTiO3 Films via Strain-Induced Defect Dipole Alignment. Adv Mater. 26 (36), 6341-6347 (2014).
