Синтез высокого качества сыпучих и тонкой пленки (мг0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O и (мг0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x )) Представил O энтропия стабилизированный оксидов.
Здесь мы представляем процедуру для синтеза сыпучих и многокомпонентные тонкой пленки (мг0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O (Co вариант) и (мг0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni 0.25(1-x) CuxZn0.25(1-x)) O (Cu вариант) энтропия стабилизированный оксиды. Фаза чистой и химически однородных (мг0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O (x = 0,20, 0,27, 0,33) и (мг0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x) CuxZn0.25(1-x)) O (x = 0,11, 0,27) керамических гранул синтезированы и используется в осаждения ультра-высокого качества, этап чистый, единый кристаллического тонких пленок стехиометрии целевой. Подробная методология для осаждения тонких пленок гладкая, химически однородных, энтропия стабилизированные оксидом осаждением импульсный лазер на подложках MgO (001)-ориентированный описан. Фазы и кристалличности сыпучих и тонкопленочных материалов подтверждается с помощью рентгеновской дифракции. Состав и химической однородности подтверждаются Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и энергии дисперсионных рентгеновской спектроскопии. Топографии поверхности тонких пленок измеряется с сканирующей зондовой микроскопии. Синтез высокого качества, один кристаллический, энтропия стабилизированный оксид тонких пленок позволяет изучение интерфейса, размер, сорт и расстройство влияние на свойства в этот новый класс весьма разупорядоченных оксидных материалов.
С момента открытия металлических сплавов высокой энтропии в 2004 году материалы высокой энтропии привлекли значительный интерес из-за свойства такие как увеличение твердости1,2,3, прочность4, 5и3,сопротивление коррозии6. Недавно было выявлено высокой энтропии оксиды7,8 и бориды9 , открытия большая игровая площадка для материала энтузиастов. Оксидов, в частности, может продемонстрировать полезную и динамических функциональных свойств Сегнетоэлектричество10, magnetoelectricity11,12,13термоэлектричества и сверхпроводимости14 . Энтропия стабилизированный оксиды (ESOs) недавно было показано, обладают интересными, композиционно зависимых функциональные свойства15,16, несмотря на значительные расстройства, что делает этот новый класс материалов особенно интересно.
Энтропия стабилизированный материалы химически однородных, многокомпонентные (обычно, имеющей пять или более компонентов), однофазные материалы где конфигурационное энтропийной вклада () для свободной энергии Гиббса (
) является значительным достаточно, чтобы диск формирования одного этапа твердого раствора17. Синтез многокомпонентных ESOs, где Катионный конфигурационное расстройство наблюдается в сайтах катион, требуется точный контроль над составом, температура, скорость осаждения, погасить скорость и утолить температуры7,16 . Этот метод пытается включить практик способность синтезировать фазы чистой и химически однородных энтропия стабилизированный оксид Керамические гранулы и фаза чистый, один кристаллический, плоских тонких пленок желаемого стехиометрии. Сыпучих материалов может быть синтезировано с более чем 90% теоретической плотности позволяет изучение электронных, магнитных и структурных свойств или использовать в качестве источников для тонкопленочных ионно осаждения (PVD) методов. Как энтропия стабилизированный оксидов, здесь рассматриваются пять катионов, тонкопленочных PVD методы, которые используют пять источников, таких как эпитаксия молекулярного луча (MBE) или совместного распыления, будут представлены с проблемой напыления химически однородных тонких пленок из-за для потока дрейфа. Этот протокол приводит к химически однородных, сингл кристаллический, плоским (корень значит квадрат (RMS) шероховатости ~0.15 Нм) энтропия стабилизированные оксидом тонких пленок из одного источника материала, которые показываются обладать номинальный химический состав. Этот протокол синтеза тонкой пленки могут быть расширены путем включения в situ электрон или оптических характеристик методов для мониторинга синтеза и изысканный контроля качества. Ожидаемые ограничения данного метода проистекают из лазерной энергии дрейф, который может ограничить толщину фильмов высокого качества, чтобы быть ниже 1 мкм.
Несмотря на значительные успехи в обеспечении роста и характеристика тонкой пленки оксида материалы10,18,19,20,21, корреляция между стереохимия и Электронная структура оксидов может привести к значительной разницы в окончательный материал, вытекающих из казалось бы незначительным методологических различий. Кроме того поле многокомпонентных энтропия стабилизированный оксидов довольно зарождающейся, с только две текущие отчеты синтеза тонкой пленки в литературе7,16. ESOs особенно хорошо подходят для этого процесса, обойти проблемы, которые будут представлены химического осаждения паров и эпитаксия молекулярного луча. Здесь, мы предоставляем подробный сводный протокол навалом и тонких пленок ESOs (рис. 1), с тем чтобы свести к минимуму трудности, непреднамеренные свойства вариации, для обработки материалов и улучшить ускорение открытия в области.
Мы описали и показан протокол для синтеза сыпучих и высокого качества, сингл кристаллический фильмов (мг0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x)) O (x = 0,20, 0,27, 0,33) и (мг0.25(1-x) Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x)) O (x = 0.11 0.27) энтропия стабилизированный оксиды. Мы ожи?…
The authors have nothing to disclose.
Эта работа была частично финансируется Национальный научный фонд Грант нет DMR-0420785 (XPS). Мы благодарим Мичиганского Университета Мичиган центр для определения характеристик материалов, (MC) —2, для своей помощи с XPS и лаборатории Мичиганского университета Ван Vlack за XRD. Мы также хотели бы поблагодарить Томаса Kratofil за его помощь в подготовке сыпучих материалов.
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 |