Radiofrekvens Magnetron Sputtering av GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi lipidens filmer på SrTiO3 (STO) singel-kristall substrat
Summary
Här presenterar vi ett protokoll för att växa LSMO nanopartiklar och (Gd) BCO filmer på (001) SrTiO3 (STO) singel-kristall substrat av radiofrekvens (RF)-sputtring.
Abstract
Här visar vi en metod för beläggning ferromagnetiska La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanopartiklar på (001) SrTiO3 (STO) singel-kristall substrat av radiofrekvens (RF) magnetron sputtering. LSMO nanopartiklar sattes in med diametrar från 10 till 20 nm och höjder mellan 20 och 50 nm. Samtidigt, (Gd) Ba2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) filmer var fabricerade på båda odekorerade prydas av minnesmärken och LSMO nanopartiklar inredda STO substrat med RF magnetron sputtering. Denna rapport beskriver också egenskaperna för GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi lipidens filmer strukturer (t.ex. kristallin fas, morfologi kemisk sammansättning); magnetisering, magneto-transport och supraledande transportegenskaper utvärderades också.
Introduction
De hål-dopade manganite La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) har unika egenskaper såsom wide-band luckor, halv-metalliska ferromagnetism, och intrasslad elektroniska påstår, som ger utomordentliga möjligheter för potentiella spinntronik program1,2,3,4. För närvarande, många forskare strävar efter att utnyttja de unika egenskaperna hos LSMO att bebo vortex rörelsen för hög temperatur supraledande (HTS) filmer, såsom (åter) Ba2Cu3O7−δ filmer (REBCO, RE = sällsynta – jordens element)5,6,7,8,9,10,11,12. Nanoskala dekoration av substrat ytorna med ferromagnetiska nanopartiklar ger väldefinierade platser för att inducera magnetiska fästa centers förväntade densitet13,14. Förmågan att kontrollera täthet och geometri av nanopartiklarna på mycket strukturerade ytor, såsom på singel-kristall substrat och starkt texturerat metall substrat är dock mycket svårt. Vanligast, nanopartiklar syntetiseras och på ytor med metall organiska nedbrytning metoder15belagda och Pulsade laser nedfall metoder16,17. Även om pulse laser nedfall metoder kan ge nanopartiklar belagd på olika substrat, är det svårt att inse stort område homogen nanopartiklar nedfall. Metall organiska nedbrytning metoder är de riktigt stort område nedfall av nanopartiklar. Men är nanopartiklarna ofta ojämn och lätt skadat av små fysiska påfrestningar.
Bland dessa tekniker har RF-magnetron sputtering många fördelar. Sputtring har en hög Beläggningshastighet, låg kostnad, och avsaknaden av giftiga utsläpp. Det är också lätt att expandera till stor skala området substrat18,19. Denna metod ger ett steg bildandet av La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanopartiklar och nanopartiklarna är lätta att deponeras på singel-kristall substrat. RF magnetron sputtering kan skapa stort område nanopartiklar jämnt på ett varierat utbud av substrat, oavsett ytstruktur och ytjämnhet20. Partikel kontroll kan uppnås genom att justera sputtring tid. Homogenitet kan uppnås genom att justera target-substrat avstånd. Nackdelen med RF-magnetron sputtering är dess lägre ökningstakt för vissa oxider21. I denna strategi, mål atomer (eller molekyler) är oftas av målet av argon ion och sedan nanopartiklar sätts på substrat i vapor phase22. Nanopartiklar formation uppstår på substratet i en enda steg23. Denna metod gäller teoretiskt material inklusive supraledande tunn film, motstånd film, semiconductor film, ferromagnetiska tunn film etc. dock hittills, rapporter om protokoll för insättning ferromagnetiska nanopartiklar är mycket knappa.
Här visar vi nedfall av GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi lipidens filmer på SrTiO3 (STO) singel-kristall substrat av RF magnetron sputtering metoden. Två typer av mål material, GdBa2Cu3O7−δ och La0,67Sr0,33MnO3 mål används i processen. SrTiO3 (STO) singel-kristall substrat var belagda med GdBa2Cu3O7−δfilmer och GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr 0,33 MnO3 kvasi lipidens filmer.
I detta protokoll sätts GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi lipidens filmer med RF magnetron sputtering på STO (001) substrat. Målet diameter är 60 mm och avståndet mellan målet och substrat är ca 10 cm. Värmare är lampor placerade 1 cm ovanför substratesna. Maxtemperatur är 850° C i detta system. Det finns 5 olika substrat i detta system. RF magnetron sputtering GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi lipidens filmer består av två steg, vilka är utarbetandet av substrat och den RF magnetron sputtring processen. En bild av sputtring systemet visas i figur S1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Här har vi visat att denna metod kan användas för att förbereda LSMO ferromagnetiska nanopartiklar av jämn fördelning på SrTiO3 (STO) singel-kristall substrat. (Gd) BCO filmerna också kan deponeras på båda nakna och LSMO inredda STO substrat. Med en lämplig justering av deponerade parametrar, såsom tillväxt temperaturer och target-substrat avstånd, borde denna metod vara användbar för deponerade olika typer av magnetiska och icke-magnetiska partiklar eller lager, till exempel VD2, YS…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöds av den nationella naturvetenskap Foundation i Kina (nr. 51502168; No.11504227) och Shanghai kommunala naturvetenskap Foundation (No.16ZR1413600). Författarna tackar tacksamt instrumentell analys Center av Shanghai Jiao Tong University och Ma-tek analytisk lab för behöriga tekniskt bistånd.
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).
