Visualizando Uniaxial-tensão manipulação dos domínios antiferromagnéticas em Fe1 +YTe usando uma varredura de Spin-polarizado microscópio de tunelamento
Summary
Usando a tensão uniaxial combinado com microscopia de tunelamento varredura spin-polarizada, podemos Visualizar e manipular a estrutura de domínio antiferromagnéticas de Fe1 + yTe, o composto de supercondutores à base de ferro.
Abstract
A busca de compreender sistemas eletrônicos correlacionados empurrou as fronteiras de medições experimentais para o desenvolvimento de novas técnicas experimentais e metodologias. Aqui usamos um romance casa construída uniaxial-tensão dispositivo integrado na nossa temperatura variável microscópio encapsulamento que nos capacita a botija no plano tensão uniaxial em amostras de manipular e sondar sua resposta eletrônica na escala atômica. Usando microscopia de tunelamento (STM) com técnicas de rotação-polarização de varredura, visualizamos antiferromagnéticas domínios (AFM) e sua estrutura atômica em Fe1 +yTe amostras, o composto de supercondutores à base de ferro, e demonstre como esses domínios respondem a deformação uniaxial aplicado. Observamos o bidirecional domínios AFM na amostra maiores alcanos homocíclicos tais, com um tamanho médio de domínio de ~ 50-150 nm, a transição para um único domínio unidirecional sob deformação uniaxial aplicado. Os resultados aqui apresentados abram uma nova direção para utilizar um parâmetro valioso sintonia em STM, bem como outras técnicas espectroscópicas, tanto para ajustar as propriedades eletrônicas quanto a indução da simetria em material sistemas quânticos.
Introduction
Supercondutividade de alta temperatura nos cupratos e supercondutores à base de ferro é um estado intrigante de quântica questão1,2. Um grande desafio em supercondutividade de entendimento é a natureza entrelaçada localmente de vários Estados, simetria quebrada, como eletrônicos nemática e esmates fases (que quebram simetrias de rotação e translação dos Estados eletrônicos), com supercondutividade3,4,5,6,7. Manipulação e afinação deliberada destes Estados de simetria quebrada é um objectivo-chave para compreender e controlar a supercondutividade.
Tensão controlada, uniaxial e biaxial, é uma técnica bem estabelecida para afinar os Estados eletrônicos coletivos em matéria condensada sistemas8,9,10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Esta afinação é limpo, sem a introdução de desordem através de dopagem química, é comumente usado em vários tipos de experimentos para sintonizar em massa propriedades eletrônicas23,24,25,26 . Por exemplo, pressão uniaxial tem-se revelado um imenso efeito sobre supercondutividade em Sr2RuO413 e cupratos27 e estruturais, magnéticas e transições de fase nemática de supercondutores à base de ferro 10 , 14 , 28 , 29 e demonstrou-se recentemente em Estados topológicos de SmB624de sintonia. No entanto, o uso da estirpe em técnicas de superfície sensíveis, tais como STM e espectroscopia Fotoemissão ângulo-resolvido (ARPES), tem sido limitado a em filmes finos situ-cultivadas em substratos incompatíveis26,30. O grande desafio com aplicação de tensão para monocristais em experimentos de superfície sensível é a necessidade de decompor as amostras tensas no ultra vácuo (UHV). Nos últimos anos, uma direção alternativa tem sido uma amostra fina em piezo pilhas9,10,18,31 ou em placas com diferentes coeficientes de expansão térmica19 de epóxi ,32. No entanto, em ambos os casos, a magnitude da tensão aplicada é bastante limitada.
Aqui vamos mostrar o uso de um dispositivo de uniaxial-tensão mecânico romance que permite que os pesquisadores de estirpe uma amostra (tensão de compressão) sem restrições e simultaneamente Visualizar sua estrutura de superfície usando STM (ver Figura 1). Como exemplo, usamos cristais de Fe1 +yTe, onde y = 0,10, o composto de supercondutores de calcogênio o ferro (y é a concentração de ferro em excesso). Abaixo de TN = K ~ 60, Fe1 +yTe transições de um estado paramagnética de alta temperatura em um estado de baixa temperatura antiferromagnéticas com um bicollinear listra magnética ordem26,33 ,34 (ver Figura 3A, B). A transição magnética é ainda mais acompanhada por uma transição estrutural de tetragonal monoclínico26,35. A ordem AFM no plano forma detwinned domínios com a estrutura de rotação apontando ao longo da longa b-direção da estrutura ortorrômbica34. Visualizando a ordem AFM com STM spin-polarizada, podemos sondar a estrutura de domínio bidirecional em maiores alcanos homocíclicos tais Fe1 +yTe amostras e observar a sua transição para um único domínio grande sob tensão aplicada (ver o diagrama esquemático em Figura 3 C-E). Essas experiências mostram que a superfície bem sucedida afinação dos cristais único utilizando o dispositivo de tensão uniaxial apresentado aqui, a clivagem da amostra e a imagem simultânea da sua estrutura de superfície com o microscópio de tunelamento. A Figura 1 mostra os desenhos esquemáticos e fotos do dispositivo esforços mecânicos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Todas as operações necessárias para mover as amostras para dentro e para dentro o STM são realizadas usando conjuntos de manipuladores de braço. O STM é mantido em baixas temperaturas por Hélio líquido e nitrogênio líquido, e a amostra esfria pelo menos 12 h antes de ser abordado. Isso permite que a temperatura da amostra e microscópio atingir o equilíbrio térmico. Para isolar o ruído elétrico e acústico, o STM é colocado em um quarto blindado de frequência de rádio e acústica. A cabeça do microscóp…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
P.A. reconhece apoio de o US National Science Foundation (NSF) carreira sob concessão não. DMR-1654482. Síntese de material foi realizado com o apoio da subvenção não 2011/01/B/ST3/00425 polonês centro nacional de ciência.
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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