السائبة وتوليف رقيقة أكاسيد استقرت الانتروبيا شكل تركيبي البديل
Summary
تركيب الجملة ذات جودة عالية ورقيقة (ملغ0.25(1-x)ني0.25(1-x)Cu0.25(1-x)الزنك0.25(1-x)Cox) س و (ملغ0.25(1-x)Co0.25(1-x)ني0.25(1-x)Cuxالزنك0.25(1-x )) أكاسيد استقرت الانتروبيا س يرد.
Abstract
نقدم هنا، إجراء لتركيب الجملة ورقيقة مولتيكومبونينت (ملغ0.25(1-x)ني0.25(1-x)Cu0.25(1-x)الزنك0.25(1-x)Cox) س (المتغير Co) و (ملغ0.25(1-x)Co0.25(1-x)ني 0.25(1-x) Cuxالزنك0.25(1-x)) س (Cu البديل) استقرت الانتروبيا أكاسيد. مرحلة نقية ومتجانسة كيميائيا (ملغ0.25(1-x)ني0.25(1-x)Cu0.25(1-x)الزنك0.25(1-x)Cox) س (x = 0.20، 0.27، 0.33) و (ملغ0.25(1-x)Co0.25(1-x)ني0.25(1-x) Cuxالزنك0.25(1-x)) س (x = 0.11، 0.27) الكريات السيراميك يتم تصنيعه والمستخدمة في ترسب فائقة الجودة، المرحلة الأغشية الرقيقة بلورية نقية، واحدة من ستويتشيوميتري الهدف. ويرد وصف منهجية مفصلة لترسب أكسيد السلس، ومتجانسة كيميائيا، استقرت الانتروبيا الأغشية الرقيقة بالليزر النبضي ترسب على ركائز MgO (001 (المنحى. وأكدت المرحلة وكريستالينيتي السائبة والمواد رقيقة هي استخدام حيود الأشعة السينية. تكوين والتجانس الكيميائية تؤكدها مطيافية الأشعة السينية النانومترية والطاقة مطيافية الأشعة السينية المشتتة. يتم قياس التضاريس السطحية للأغشية الرقيقة بالفحص المجهري التحقيق. تركيب ذات جودة عالية، الأغشية الرقيقة أكسيد البلورية، استقرت الانتروبيا واحدة تمكن الدراسة من واجهة، والحجم، وسلالة، وآثار الاضطراب على الخصائص في هذه الفئة الجديدة من مواد أكسيد شدة اضطرابه.
Introduction
منذ اكتشاف سبائك معدنية عالية-الانتروبيا في عام 2004، مواد عالية-الانتروبيا قد اجتذبت اهتماما كبيرا بسبب خصائص مثل زيادة صلابة1،2،3، المتانة4، 5، ومقاومة التآكل3،6. في الآونة الأخيرة، تم اكتشاف أكاسيد عالية-الانتروبيا7،8 ورد9 ، فتح ملعب كبير لهواة المادية. أكاسيد، على وجه الخصوص، يمكن أن تظهر خصائص وظيفية مفيدة وحيوية مثل فيرروليكتريسيتي10و11،ماجنيتوليكتريسيتي12ثيرموليكتريسيتي13الموصلية الفائقة14 . أكاسيد استقرت الانتروبيا (ESOs) أظهرت مؤخرا أن تمتلك مثيرة للاهتمام، وتعتمد على شكل تركيبي الخصائص الفنية15،16، وعلى الرغم من اضطراب كبير، مما يجعل هذه الفئة الجديدة من المواد خاصة مثيرة.
استقرت الانتروبيا مواد متجانسة كيميائيا، متعددة المكونات (عادة بعد خمسة أو أكثر من مكونات)، المواد الوحيدة فيها مساهمة انتروبيك تنجز (
) إلى طاقة جيبس الحرة (
) كبير يكفي لدفع تشكيل وحيد المرحلة الصلبة الحل17. تخليق ESOs متعددة المكونات، حيث لوحظ اضطراب تنجز الأيوني عبر مواقع الأيونات الموجبة، تتطلب تحكماً دقيقا في تكوينها، ودرجة الحرارة ومعدل الترسيب، إخماد معدل، واخماد درجة الحرارة7،16 . ويسعى هذا الأسلوب لتمكين ممارس القدرة على توليف مرحلة نقية ومتجانسة كيميائيا من أكسيد استقرت الانتروبيا السيراميك الكريات ومرحلة نقية، واحد البلورية، شقة الأغشية الرقيقة من ستويتشيوميتري المطلوب. المواد السائبة يمكن توليفها مع أكبر من الكثافة النظرية 90% مما يتيح دراسة الخصائص الإلكترونية والمغناطيسية، والهيكلية أو استخدامها كمصادر رقيقة المادية بخار ترسب (الترسيب الفيزيائي للبخار) تقنيات. وستعرض أكاسيد استقرت الانتروبيا النظر هنا يكون خمسة الكاتيونات، تقنيات الترسيب الفيزيائي للبخار رقيقة التي توظف خمسة مصادر، مثل الحزمة الجزيئية تنضيد (MBE) أو المشترك اﻷخرق، مع التحدي المتمثل في إيداع طبقات رقيقة متجانسة كيميائيا الواجب إلى تدفق الانجراف. وينتج هذا البروتوكول واحدة متجانسة كيميائيا، بلورية، مسطحة (الجذر-يعني-ساحة (RMS) خشونة ~0.15 نيوتن متر) أكسيد استقرت الانتروبيا الأغشية الرقيقة من مصدر مادي واحد، مما يبين أن تمتلك التركيب الكيميائي الأسمى. ويمكن تعزيز هذا البروتوكول توليف رقيقة بإدراج تقنيات الوصف البصري للرصد في الوقت الحقيقي للتوليف ومراقبة نوعية راقية أو في الموقع الإلكتروني. القيود المتوقعة من هذا الأسلوب تنبع من الانجراف الطاقة الليزر التي قد تحد من سمك أفلام عالية الجودة يكون أقل من 1 ميكرومتر.
وعلى الرغم من التقدم الكبير في النمو وتوصيف رقيقة أكسيد المواد10،18،19،،من2021، العلاقة بين الفراغية و بنية إلكترونية في أكاسيد يمكن أن يؤدي إلى وجود اختلافات كبيرة في المواد النهائية الناجمة عن الاختلافات المنهجية التي تبدو تافهة. وعلاوة على ذلك، مجال أكاسيد متعددة المكونات استقرت الانتروبيا الوليدة بدلاً من ذلك، مع التقارير الحالية سوى اثنين من التوليف رقيقة في7،الأدب16. ESOs تصلح جيدا لهذه العملية، والالتفاف حول التحديات التي ستقدم بترسب البخار الكيميائي وتنضيد الحزمة الجزيئية. هنا، نحن نقدم بروتوكول توليف مفصلة الأكبر ورقيقة الأفلام ESOs (الشكل 1)، بغية التقليل إلى أدنى حد من مواد معالجة الصعوبات، تباينات الملكية غير مقصودة، والتعجيل باكتشاف في المجال تحسين.
Protocol
Representative Results
Discussion
أننا قد وصفت وسيظهر بروتوكول لتركيب الجملة وعالية الجودة، واحد أفلام بلوري (ملغ0.25(1-x)ني0.25(1-x)Cu0.25(1-x)الزنك0.25(1-x)Cox) س (x = 0.20، 0.27، 0.33) و (ملغ0.25(1-x) Co0.25(1-x)ني0.25(1-x)Cuxالزنك0.25(1-x)) س (x = 0.11، 0.27) أكاسيد استقرت الانتروبيا. أننا نتوقع من هذه التقنيات …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم تمويل هذا العمل جزئيا بمنحه من “مؤسسة العلوم الوطنية” لا هيئة الهجرة واللاجئين-0420785 (XPS). نشكر مركز جامعة ميشيغان في ولاية ميشيغان “توصيف المواد”، (MC)2، لمساعدته مع XPS، ومختبر جامعة ميشيغان Van Vlack على زرد. كما نود أن نشكر توماس كراتوفيل لمساعدته بإعداد المواد السائبة.
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).
