תדר רדיו מגנטרון התזה של GdBa2Cu3O7−אלפא/ La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 bilayer קוואזי סרטים על מצעים יחיד-קריסטל3 (STO) SrTiO
Summary
כאן, אנו מציגים פרוטוקול לגדול LSMO חלקיקים, (Gd) בוסקו סרטים על SrTiO (001)3 (STO) מצעים יחיד-קריסטל על ידי גלי רדיו (RF)-התזה.
Abstract
. הנה, נדגים שיטה של ציפוי פרומגנטי La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית חלקיקים3 (LSMO) על מצעים יחיד-קריסטל3 (STO) SrTiO (001) על ידי התזה המגנטרון בתדר רדיו (RF). LSMO חלקיקים הופקדו עם קטרים מ- 10 עד 20 ננומטר, גבהים בין 20 ל-50 ננומטר. במקביל, ללא מידע ספציפי (Gd) Ba2Cu3O7−אלפא ((Gd) בוסקו) סרטים זוייפו. על שניהם ומעוצבים LSMO nanoparticle סובסטרטים STO באמצעות מגנטרון RF התזה. דו ח זה גם מתאר את המאפיינים של GdBa2−7Cu3Oאלפא/ La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 bilayer קוואזי סרטים מבנים (למשל, גבישי שלב, מורפולוגיה הרכב כימי); מגנוט, מגנטו-תחבורה ומאפיינים תחבורה מוליך-העל הוערכו גם.
Introduction
Manganite מסטול-חור La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 (LSMO) יש מאפיינים ייחודיים כגון פס רחב פערים, פרומגנטיות חצי-מתכתי, ולא מסובכת הברית אלקטרונית, אשר מספקים הזדמנויות יוצאת דופן עבור פוטנציאל spintronic יישומים1,2,3,4. כיום, חוקרים רבים הם משתדלים לנצל את תכונותיו הייחודיות של LSMO וצריך התנועה מערבולת לסרטים (HTS) למוליכת על טמפרטורה גבוהה, כגון (מחדש) Ba2Cu3O7−אלפא סרטים (REBCO, RE = נדיר – אלמנט האדמה)5,6,7,8,9,10,11,12. ננו קישוט של משטחים המצע עם חלקיקים פרומגנטי תספק אתרים מוגדרים היטב עבור גרימת מגנטי להצמדת מרכזי של צפיפות הצפויה13,14. עם זאת, היכולת לשלוט על צפיפות וגיאומטריה של חלקיקים על משטחים בעלי מרקם חזק, כמו למשל על יחיד-קריסטל מצעים ותערובות מתכת בעלי מרקם חזק קשה מאוד. ולרוב, חלקיקים הם מסונתז מצופה על משטחים באמצעות שיטות פירוק אורגניים מתכת15ו פעמו לייזר התצהיר שיטות16,17. למרות הדופק לייזר התצהיר שיטות יכול לספק חלקיקים מצופה על מצעים שונים, קשה להבין את התצהיר חלקיקים הומוגנית שטח גדול. לגבי שיטות פירוק אורגניים מתכת, הם הולם שטח גדול הפקדת חלקיקים. עם זאת, חלקיקים הם לעתים קרובות לא אחידה ולהיפגע בקלות על ידי לחצים פיזיים קטנים.
בין שיטות אלה, RF-מגנטרון sputtering יש יתרונות רבים. Sputtering יש קצב התצהיר גבוהה, בעלות נמוכה, חוסר פליטת גז רעיל. כמו כן, קל להרחיב בקנה מידה גדול באזור סובסטרטים18,19. שיטה זו מספקת היווצרות צעד אחר צעד של La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 (LSMO) חלקיקים, חלקיקים קלים למוסרם על מצעים יחיד-גביש. Sputtering מגנטרון RF יכול ליצור חלקיקים שטח גדול בצורה אחידה על מגוון רחב של מצעים, ללא התחשבות מרקם פני השטח, חספוס פני שטח20. הפקד חלקיק יכולה להיות מושגת על ידי שינוי הזמן המלהגים. הומוגניות יכולה להיות מושגת על ידי התאמת מרחק היעד-המצע. החיסרון של sputtering RF-המגנטרון הוא קצב הצמיחה שלה נמוך יותר עבור חלק תחמוצות21. בגישה זו, היעד אטומים (או מולקולות) הם בהיסוס מתוך המטרה על ידי ארגון יון ולאחר מכן חלקיקים מופקדים על מצעים אדי שלב22. היווצרות חלקיקים מתרחשת על המצע צעד בודד23. שיטה זו ישימה באופן תיאורטי על כל חומר כולל מוליך על סרט דק, הסרט ההתנגדות, מוליכים למחצה סרט, סרט דק פרומגנטי וכו אולם, נכון להיום, דוחות אודות הפרוטוקולים עבור הפקדת פרומגנטי חלקיקים הם נדירים מאוד.
. הנה, נדגים בתצהיר של GdBa2Cu3O7−אלפא/La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 bilayer קוואזי סרטים על מצעים יחיד-קריסטל3 (STO) SrTiO על ידי RF sputtering מגנטרון השיטה. שני סוגים של חומרים היעד,2Cu3O7−GdBaאלפא ו- La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 המטרה משמשים בתהליך. SrTiO3 (STO) יחיד-קריסטל סובסטרטים היו מצופיםאלפאGdBa Cu3O7−2סרטים ו- GdBa2Cu3O7−אלפא/La0.67Sr 0.33 המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 סרטים bilayer החריגה.
ב פרוטוקול זה, GdBa2−7Cu3Oאלפא/La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית bilayer קוואזי3 סרטים מופקדים עם מגנטרון RF התזה על מצעים STO (001). הקוטר היעד הוא 60 מ”מ, המרחק בין המטרה לבין סובסטרטים הוא כ- 10 ס מ. מחממים הן נורות בעמדה 1 ס מ מעל סובסטרטים. טמפרטורה מקסימלית היא 850 מעלות במערכת זו,. ישנם 5 סובסטרטים במערכת זו. מגנטרון RF sputtering GdBa2−7Cu3Oאלפא/La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית bilayer קוואזי3 סרטים מורכבת משני שלבים, אשר הכנת מצעים, את המגנטרון RF תהליך המלהגים. תמונה של מערכת המלהגים מוצג באיור S1.
Protocol
Representative Results
Discussion
כאן אנחנו הוכיחו כי ניתן להשתמש בשיטה זו כדי להכין LSMO חלקיקי פרומגנטי של התפלגות אחידה על SrTiO3 מצעים יחיד-קריסטל (STO). הסרטים (Gd) בוסקו גם ניתן להפקיד על שניהם חשופים ומעוצבים LSMO STO המצע. עם התאמה המתאימה של הפקיד פרמטרים, כגון צמיחה בטמפרטורות והמרחק היעד-המצע, שיטה זו צריך להיות שימושי ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי נבחרת מדעי הטבע קרן של סין (מס 51502168; No.11504227) ושל קרן מדעי הטבע העירוני שנגחאי (No.16ZR1413600). המחברים יידע במעבדה אנליטית אינסטרומנטלית ניתוח מרכז של שנגחאי ג’יאו טונג ואוניברסיטת Ma-tek לסיוע טכני המוסמכת.
Materials
| Sputter Deposition System | Shenyang scientific instruments Limited by Share Ltd | Bespoke | |
| SrTiO3 Single Crystal Substrate | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Single-sided epi-polished | (001) orientation |
| La0.67Sr0.33MnO3 sputtering target | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Bespoke | 60 mm diameter |
| GdBa2Cu3O7−δ sputtering target | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Bespoke | 60 mm diameter |
| Atomic Force Microscope | Brüker | Dimension Icon | |
| X-ray Diffractometer | Brüker | D8 Discover | |
| Physical Property Measurement System | Quantum Design | PPMS 9 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Bulaevskii, L. N., Chudnovsky, E. M., Maley, M. P. Magnetic pinning in superconductor-ferromagnet multilayers. Applied Physics Letters. 76 (18), 2594-2596 (2000).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lange, M., Bael, M. J. V., Bruynseraede, Y., Moshchalkov, V. V. Nanoengineered Magnetic-Field-Induced Superconductivity. Physical Review Letters. 90 (19), 197006 (1970).
- 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).
- Guo, H., Ward, T. Z. Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides. Journal of Visualized Experiments. 77, e50573 (2013).
- 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).
- 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).
- Morgan, D. J., Ketterson, J. B. Asymmetric Flux Pinning in a Regular Array of Magnetic Dipoles. Physical Review Letters. 80 (16), 3614-3617 (1998).
- Gutierrez, J., et al. Anisotropic c-axis pinning in interfacial self-assembled nanostructured trifluoracetate-YBa2Cu3O7−x films. Applied Physics Letters. 94 (17), 172513 (2009).
- 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, 241-245 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Shen, H., Wei, B., Zhang, D., Qi, Z., Wang, Z. Magnetron sputtered NbN thin film electrodes for supercapacitors. Materials Letters. 229, 17-20 (2018).
- 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).
- 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).
- 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).
- Petrisor, T., et al. Magnetic pinning effects of epitaxial LaxSr1-xMnO3 nanostructured thin films on YBa2Cu3O7-delta layers. Journal of Applied Physics. 112 (5), (2012).
