Ved hjælp af enakset stamme kombineret med spin-polariseret scanning tunneling mikroskopi, vi visualisere og manipulere domænestrukturen antiferromagnetic af Fe1 + yTe, den overordnede sammensatte af jern-baserede superledere.
Søgen efter at forstå korreleret elektroniske systemer har skubbet grænserne af eksperimentelle målinger mod udvikling af nye eksperimentelle teknikker og metoder. Her bruger vi en roman hjemmebyggede enakset-stamme enhed integreret i vores variabel temperatur scanning tunneling mikroskop, der gør det muligt for os at controllably manipulere i flyet enakset stamme i prøver og sonde deres elektroniske svar på atomar skala. Ved hjælp af scanning tunneling mikroskopi (STM) med spin-polarisering teknikker, vi visualisere antiferromagnetic (AFM) domæner og deres atomare struktur i Fe1 +yTe prøver, den overordnede sammensatte af jern-baserede superledere, og vise, hvordan disse domæner reagere på anvendt enakset stamme. Vi observerer tovejs AFM domæner i unstrained prøven, med en gennemsnitlig domæne størrelse af ~ 50-150 nm, at overgangen til en enkelt ensrettet domæne under anvendt enakset stamme. Resultaterne præsenteres her åbner en ny retning for at udnytte en værdifuld tuning parameter i STM, samt andre spektroskopiske teknikker, både for tuning de elektroniske egenskaber som for inducerende symmetri bryde i quantum materielle systemer.
Høj temperatur superledning i cuprates og jern-baserede superledere er en spændende quantum sag1,2. En stor udfordring i forståelsen superledning er lokalt sammenflettede arten af forskellige brudt symmetri stater, såsom elektroniske nematisk og smectic faser (at bryde roterende og translationel symmetrier af de elektroniske stater), med superledning3,4,5,6,7. Manipulation og bevidst tuning af staterne brudt symmetri er et afgørende mål mod forståelse og kontrollerende superledning.
Kontrolleret stamme, både enakset og biaksiale, er en veletableret teknik til at tune de kollektive elektroniske stater i kondenserede stoffer systemer8,9,10,11,12, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Denne rene tuning, er uden indførelsen af lidelse gennem kemiske doping, almindeligt anvendt i forskellige slags eksperimenter til tune bulk elektroniske egenskaber23,24,25,26 . For eksempel enakset tryk har vist sig for at have en enorm effekt på superledning i Sr2RuO413 og cuprates27 og på de strukturelle, magnetiske, og nematisk faseovergange af jern-baserede superledere 10 , 14 , 28 , 29 og blev for nylig demonstreret i tuning de topologiske stater af SMB-624. Brugen af stamme i overflade-følsomme teknikker, såsom STM og vinkel-løst photoemission spektroskopi (ARPES), har imidlertid været begrænset til in situ-vokset tynd film på forskellige substrater26,30. Den store udfordring med anvendelse stamme til enkelte krystaller i overflade-følsomme eksperimenter er behovet for at kløve de anstrengte prøver i ultrahigh vakuum (UHV). I de sidste par år, har en alternativ retning været at epoxy en tynd prøve på piezo stakke9,10,18,31 eller på plader med forskellige koefficienter, der termisk ekspansion19 ,32. Men i begge tilfælde størrelsen af den anvendte stamme er ret begrænset.
Her vi demonstrere brugen af en roman mekanisk enakset-stamme anordning, der gør det muligt for forskere at stamme en prøve (trykstyrke stamme) uden begrænsninger og samtidig visualisere dets overflade struktur ved hjælp af STM (Se figur 1). Som et eksempel, vi bruge enkelte krystaller af Fe1 +yTe, hvor y = 0,10, den overordnede sammensatte af jern chalcogenide superledere (y er den overskydende jern koncentration). Under TN = ~ 60 K, Fe1 +yTe overgange fra en høj temperatur Paramagnetiske stat i en lav-temperatur antiferromagnetic tilstand med en bicollinear stribe magnetiske ordre26,33 ,34 (Se figur 3A, B). Magnetiske overgangen er yderligere ledsaget af en strukturel overgang fra tetragonal monoclinic26,35. I flyet AFM ordre danner detwinned domæner med spin struktur peger langs den lange b-retning ændres strukturen34. Ved at visualisere AFM ordre med spin-polariseret STM, vi sonde tovejs domænestruktur i unstrained Fe1 +yTe prøver og observere deres overgang til en enkelt stor domæne under anvendt stamme (Se skematisk i Figur 3 C-E). Disse eksperimenter viser vellykket overflade tuning af de enkelte krystaller ved hjælp af enhedens enakset-stamme præsenteres her, når prøven og den samtidige billeddannelse af dens overfladestruktur med scanning tunneling mikroskop. Figur 1 viser den skematiske tegninger og billeder af den mekaniske belastning enhed.
Alle operationer skal flytte prøverne i og inde i STM udføres ved hjælp af sæt af arm manipulatorer. STM bevares ved lave temperaturer af flydende kvælstof og flydende helium, og prøven køler ned i mindst 12 timer før ved at blive kontaktet. Dette giver mulighed for temperaturen i prøven og mikroskop til nå termisk ligevægt. For at isolere elektrisk og akustisk støj, placeres STM i en akustisk og radio frekvens afskærmet rum. Mikroskop hoved er yderligere suspenderet fra fjedre til optimeret instrumental sta…
The authors have nothing to disclose.
P.A. anerkender støtte fra den amerikanske National Science Foundation (NSF) karriere under award nr. DMR-1654482. Materielle syntese blev gennemført med støtte fra den polske nationale Science Centre grant No 2011/01/B/ST3/00425.
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 |