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Ingénierie

Visualizing monoassiale-ceppo manipolazione dei domini antiferromagnetici in Fe1 +YTe utilizzando una scansione polarizzata in Spin Tunneling microscopio

Published: March 24, 2019
doi:
10.3791/59203
, , , , ,
1Department of Physics, Applied Physics and Astronomy,Binghamton University, 2Institute of Physics,University of Silesia

Summary

Uso sforzo monoassiale combinato con microscopio a effetto tunnel polarizzata in spin scansione, abbiamo visualizzare e manipolare la struttura di dominio antiferromagnetico del Fe1 + yTe, il residuo del genitore di superconduttori a base di ferro.

Abstract

La ricerca per comprendere i sistemi elettronici correlati ha spinto le frontiere della misure sperimentali verso lo sviluppo di nuove tecniche sperimentali e metodologie. Qui usiamo un romanzo autocostruite monoassiale-ceppo dispositivo integrato nella nostra temperatura variabile microscopio che ci permette controllably manipolare in piano deformazione uniassiale in campioni e loro risposta elettronica su scala atomica della sonda di scansione. Utilizzando la microscopia a scansione (STM) con tecniche di polarizzazione di spin, visualizziamo antiferromagnetico (AFM) domini e loro struttura atomica in Fe1 +yTe campioni, il residuo del genitore di superconduttori a base di ferro, e dimostrare come questi domini rispondono a sforzo monoassiale applicato. Osserviamo il bidirezionale domini AFM nel campione unstrained, con una dimensione media dominio di ~ 50-150 nm, per la transizione in un unico dominio unidirezionale sotto sforzo monoassiale applicato. I risultati presentati qui aprire una nuova direzione per utilizzare un parametro prezioso in STM, come pure altre tecniche spettroscopiche, sia per l’ottimizzazione delle proprietà elettroniche per quanto riguarda l’induzione della rottura di simmetria in materiale sistemi quantistici.

Introduction

Superconduttività ad alta temperatura in cuprati e superconduttori a base di ferro è un stato intrigante di quantum materia1,2. Una sfida importante nella superconduttività di comprensione è la natura localmente intrecciata di vari Stati di rotture di simmetria, come elettronici nematici e smettiche fasi (che si rompono simmetrie rotazionali e traslazionali degli stati elettronici), con superconduttività3,4,5,6,7. Manipolazione e deliberata messa a punto di questi stati di rotture di simmetria è un obiettivo chiave verso la comprensione e il controllo di superconduttività.

Deformazione controllata, sia monoasse e biasse, è una tecnica affermata per l’ottimizzazione degli stati elettronici collettivi in materia condensata sistemi8,9,10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Questo tuning pulito, senza l’introduzione di disturbo tramite drogaggio chimico, è comunemente usato in vari tipi di esperimenti per ottimizzare la massa proprietà elettroniche23,24,25,26 . Ad esempio, pressione uniassiale ha dimostrato di avere un effetto immenso sulla superconduttività Sr2RuO413 e cuprati27 e strutturale, magnetico e transizioni di fase nematica dei superconduttori a base di ferro 10 , 14 , 28 , 29 e recentemente è stata dimostrata in sintonia gli stati topologici di SmB624. Tuttavia, l’uso del ceppo nelle tecniche di superficie sensibile, ad esempio STM e spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES), è stato limitato a in situ-cresciuta film sottili su substrati non corrispondenti26,30. La grande sfida con l’applicazione di ceppo a cristalli singoli negli esperimenti di superficie sensibile è la necessità di fendere i campioni tesi nel vuoto ultraelevato (UHV). Negli ultimi anni, una direzione alternativa è stato quello di un campione sottile su piezo pile9,10,18,31 o sulle piastre con diversi coefficienti di dilatazione termica19 a resina epossidica ,32. Ancora in entrambi i casi, la grandezza dello sforzo applicato è piuttosto limitata.

Qui dimostriamo che l’uso di un nuovo dispositivo monoassiale-deformazione meccanico che permette ai ricercatori di colare un campione (deformazione compressiva) senza vincoli e visualizzare simultaneamente la sua struttura superficiale utilizzando STM (Vedi Figura 1). Ad esempio, usiamo monocristalli di Fe1 +yTe, dove y = 0,10, il residuo del genitore di superconduttori di chalcogenide il ferro (y è la concentrazione di ferro in eccesso). Sotto TN = ~ 60K, Fe1 +yTe le transizioni da uno stato paramagnetico ad alta temperatura in uno stato di antiferromagnetico a bassa temperatura con un bicollinear della banda magnetica ordine26,33 ,34 (Vedi Figura 3A, B). La transizione magnetica è inoltre accompagnata da una transizione strutturale da tetragonale a monoclina26,35. L’ordine AFM in piano forma detwinned domini con la struttura di spin che punta lungo lungo la struttura ortorombica34b-direzione. Visualizzando l’ordine AFM con STM polarizzata in spin, abbiamo la struttura di dominio bidirezionale inunstrained Fe 1 +yTe campioni della sonda e osservare la loro transizione verso un singolo dominio di grandi dimensioni sotto sforzo applicato (vedere lo schema elettrico in Figura 3C-E). Questi esperimenti mostrano il successo superficiale tuning dei monocristalli utilizzando il dispositivo di deformazione uniassiale presentato qui, la scissione del campione e la formazione immagine simultanea della sua struttura superficiale con il microscopio a effetto tunnel. La figura 1 Mostra le illustrazioni schematiche e immagini del dispositivo sollecitazioni meccaniche.

Protocol

Nota: Il corpo a forma di U è fatto di acciaio inossidabile 416-grado, che è rigida e ha un basso coefficiente di espansione termica (CTE), ~9.9 μm/(m∙°C), rispetto ai ~17.3 μm/(m∙°C) per acciaio inox 304. 1. meccanica trazione monoassiale Pulire il dispositivo a forma di U, le viti micrometriche (1 – 72 corrispondente a 72 giri per pollice), i dischi di primavera di Belleville e la piastra di base di sonicating separatamente in acetone prima e poi in isopropanolo, per 20…

Representative Results

Topografi STM sono stati misurati in modalità di corrente costante con un bias di setpoint-12 MeV applicato al campione e un valore nominale corrente di -1.5 nA raccolti sulla punta. Consigli di Pt-Ir sono stati utilizzati in tutti gli esperimenti. Per raggiungere STM polarizzata in spin, il tunneling punta microscopio a scansione deve essere rivestita con atomi magnetici, che può essere molto impegnativo. In questo caso di studio Fe1 +yTe, il campione ste…

Discussion

Tutte le operazioni necessarie per spostare i campioni all’interno e all’interno del STM sono effettuate utilizzando set di manipolatori a braccio. La STM è mantenuta a temperature basse di azoto liquido ed elio liquido, e il campione si raffredda per almeno 12 ore prima di essere stato avvicinato. In tal caso la temperatura del campione e microscopio raggiungere l’equilibrio termico. Per isolare il rumore elettrico e acustico, il STM è posto in un’acustica e radiofrequenza schermato camera. La testa del microscopio è…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

P.A. riconosce il sostegno dal US National Science Foundation (NSF) carriera nell’ambito premio No. DMR-1654482. Sintesi del materiale è stato effettuato con il supporto della sovvenzione n 2011/01/B/ST3/00425 polacco National Science Centre.

Materials

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
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Keywords: Uniaxial-strainAntiferromagnetic DomainsFe1+YTeSpin-polarized Scanning Tunneling MicroscopeHigh Temperature SuperconductorsBroken Symmetry StatesSingle CrystalSDM-compatibleDevice TestingVisual Demonstration
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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).
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