Radio Frequency Magnetron Sputtering af GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi tolagede film på SrTiO3 (STO) Single-krystal substrater
Summary
Her præsenterer vi en protokol til at vokse LSMO nanopartikler og (Gd) BCO film på (001) SrTiO3 (STO) single-krystal substrater af radiofrekvens (RF)-sputtering.
Abstract
Her viser vi en metode til belægning ferromagnetiske La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanopartikler på (001) SrTiO3 (STO) single-krystal substrater af radiofrekvens (RF) magnetron sputtering. LSMO nanopartikler blev deponeret diametre fra 10 til 20 nm og højder mellem 20 og 50 nm. På samme tid (Gd) Ba2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) film blev fabrikeret på begge udekoreret og LSMO nanopartikel dekoreret STO substrater ved hjælp af RF magnetron sputtering. Denne betænkning også beskriver egenskaberne for GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 kvasi tolagede film strukturer (fx krystallinske fase, morfologi kemiske sammensætning); magnetisering, magneto-transport og superledende egenskaber for transport blev også vurderet.
Introduction
Hul-doped manganite La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) har unikke egenskaber som wide-band huller, halv-metallic ferromagnetism, og viklet ind elektronisk stater, som giver ekstraordinære muligheder for potentiale spintroniske programmer1,2,3,4. I øjeblikket, mange forskere endeavoring at drage fordel af de unikke egenskaber af LSMO til at bebo vortex bevægelsen for høj temperatur superledende film, (HTS), som (RE) Ba2Cu3O7−δ film (REBCO, RE = sjældne – jorden element)5,6,7,8,9,10,11,12. Nanoskala dekoration af substrat overflader med ferromagnetiske nanopartikler vil levere veldefinerede steder for at fremkalde magnetiske pinning Centre af forventede tæthed13,14. Muligheden for at styre densitet og geometri af nanopartikler på stærkt tekstureret overflader, såsom på single-krystal substrater og stærkt profilerede metal substrater er imidlertid meget vanskeligt. Mest almindeligt, nanopartikler er syntetiseret og belagt på overflader ved hjælp af metal organisk nedbrydning metoder15, og pulserende laser deposition metoder16,17. Selvom pulsen laser deposition metoder kan give nanopartikler belagt på forskellige substrater, er det svært at indse stort område homogene nanopartikler deposition. Hvad angår metal organisk nedbrydning metoder er de ordentlig for stort område aflejring af nanopartikler. Nanopartikler er imidlertid ofte ikke ensartet og let beskadiget af små fysiske belastninger.
Blandt disse teknikker har RF-magnetron sputtering mange fordele. Sputtering har en høj deposition sats, lav pris, og en mangel på giftige gas emission. Det er også nemt at udvide til store skala område substrater18,19. Denne metode giver trinvis dannelsen af La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanopartikler, og nanopartikler er let at blive deponeret på single-krystal substrater. RF magnetron sputtering kan skabe store område nanopartikler ensartet på en bred vifte af substrater, uanset overfladestruktur og overfladeruhed20. Kontrolelementet partikel kan opnås ved at indstille spruttende tid. Ensartethed kan opnås ved at indstille mål-substrat afstand. Ulempen ved RF-magnetron sputtering er dens lavere vækst for nogle oxider21. I denne tilgang, target atomer (eller molekyler) er spruttede ud af målet af argon ion, og derefter nanopartikler deponering på substrater i vapor fase22. Nanopartikler dannelsen sker på underlaget i et enkelt trin23. Denne metode er teoretisk gælder for alle materialer, herunder superledende tynde film, modstand film, halvleder film, ferromagnetiske tynd film osv imidlertid til dato, rapporter om protokoller for deponering ferromagnetiske nanopartikler er meget sparsomme.
Her, vise vi aflejring af GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi tolagede film på SrTiO3 (STO) single-krystal substrater af RF magnetron sputtering metode. To slags mål materialer, GdBa2Cu3O7−δ og La0,67Sr0,33MnO3 mål bruges i processen. SrTiO3 (STO) single-krystal substrater var belagt med GdBa2Cu3O7−δfilm og GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr 0,33 MnO3 kvasi tolagede film.
I denne protokol, er GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi tolagede film deponeret hos RF magnetron sputtering på STO (001) substrater. Mål diameter 60 mm og afstanden mellem mål og substrater er ca 10 cm. Ovne er pærer placeret 1 cm over substraterne. Den maksimale temperatur er 850° C i dette system. Der er 5 forskellige substrater i dette system. RF magnetron sputtering GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 kvasi tolagede film består af to trin, som er forberedelsen af substrater og RF magnetron sputtering proces. Et billede af den spruttende system er vist i figur S1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Her har vi vist, at denne metode kan bruges til at forberede LSMO ferromagnetiske nanopartikler af ensartet fordeling på SrTiO3 (STO) single-krystal substrater. (Gd) BCO film også kan blive deponeret på begge nøgne og LSMO indrettet STO substrat. Med en passende justering af deponerede parametre såsom vækst temperaturer og target-substrat afstand, bør denne metode være nyttige for deponerede forskellige slags magnetiske og ikke-magnetiske partikler eller lag, for eksempel, CeO2, YSZ) yttrium…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af den National Natural Science Foundation of China (nr. 51502168; No.11504227) og Shanghai Municipal Natural Science Foundation (No.16ZR1413600). Forfatterne takke taknemmeligt de medvirkende analyse Center i Shanghai Jiao Tong University og Ma-tek analytisk lab for kompetente tekniske bistand.
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).
