JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Automatic Translation
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Soy Uniaxial manipülasyon bir Spin polarize tarama mikroskop tünel kullanarak Fe1 +YTe Antiferromagnetic etki alanlarının görüntülenmesi

Published: March 24, 2019
doi:
10.3791/59203
, , , , ,
1Department of Physics, Applied Physics and Astronomy,Binghamton University, 2Institute of Physics,University of Silesia

Summary

Uniaxial zorlanma kullanarak spin polarize tarama tünelleme mikroskobu ile birlikte, biz görselleştirmek ve Fe antiferromagnetic etki alanı yapısını işlemek1 + yTe, demir-esaslı süper iletkenler üst bileşik.

Abstract

Macera ilişkili elektronik sistemleri anlamak için yeni deneysel teknikleri ve yöntemleri geliştirme yönünde deneysel ölçümler sınırlarını itti vardır. Burada bizim değişken sıcaklık controllably uçak-uniaxial zorlanma örneklerinde işlemek ve Atom ölçeğinde elektronik onların yanıt sonda bize sağlar tünelleme mikroskobu tarama içine entegre bir roman ev yapımı uniaxial zorlanma aygıtı kullanın. Tünelleme mikroskobu (STM) spin-polarizasyon teknikleri ile tarama kullanarak, biz antiferromagnetic (AFM) etki alanları ve Fe1 +yTe örnekleri, demir-esaslı süper iletkenler, üst bileşik atom kendi yapısında görselleştirmek ve nasıl bu etki alanlarına uygulanan uniaxial zorlanma için tepki göstermektedir. AFM etki unstrained örneğinde, ortalama etki alanı boyutunu ~ 50-150 çift yönlü gözlemlemek nm, uygulanan uniaxial baskı altında bir tek tek yönlü etki alanına geçiş. Burada sunulan bulgular STM yanı sıra diğer spektroskopik teknikleri, kuantum malzeme sistemlerinde kırma simetri inducing gelince elektronik özellikleri ayarlamak için her ikisi de değerli bir ayarlama parametre kullanmak için yeni bir yön açın.

Introduction

Yüksek sıcaklık üstüniletkenlik cuprates ve demir tabanlı süperiletkenler kuantum madde1,2ilginç bir durumdur. (Dönme ve çevirim simetri elektronik devletlerin break) elektronik nematik ve smectic aşamaları, ile gibi çeşitli kırık simetri durumları yerel olarak iç içe doğası anlayış üstüniletkenlik içinde büyük bir sorun olduğunu üstüniletkenlik3,4,5,6,7. Manipülasyon ve kasıtlı bu kırık simetri ülkelerin ayarlama anlama ve süperiletkenlik kontrol doğru önemli bir hedefi var.

Kontrollü zorlanma, hem uniaxial hem de biaxial, yoğun madde sistemleri8,9,10,11,12toplu elektronik Amerika’da ayarlamak için köklü bir tekniktir, 13,14,15,16,17,18,19,20,21, 22. Bu temiz tuning, kimyasal doping aracılığıyla bozukluk giriş, yaygın olarak deneyler çeşitli toplu elektronik özellikleri23,24,25,26 ayarlamak için kullanılır . Örneğin, uniaxial basınç üstüniletkenlik Sr2RuO413 ve cuprates27 ve manyetik, yapısal ve nematik faz geçişleri demir-esaslı süper iletkenler, üzerinde büyük bir etkisi kanıtlamıştır 10 , 14 , 28 , 29 ve son zamanlarda SmB624topolojik Birleşik ayarlama gösterilmiştir. Ancak, zorlanma STM ve açı çözüldü photoemission spektroskopisi (ARPES), gibi yüzey duyarlı teknikleri kullanımı in situ yetiştirilen sınırlıdır içinde ince filmler eşleşmeyen yüzeylerde26,30olmuştur. Yüzey duyarlı deneylerde tek kristalleri süzün uygulamak ile büyük sorun ultrahigh vakum (UHV) gergin örneklerinde ayırmak gerek olduğunu. Son birkaç yıl içinde alternatif bir yön piezo yığınları9,10,18,31 veya termal genleşme19 farklı katsayıları ile plakalar ince bir örnek epoksi olmuştur ,32. Henüz her iki durumda da, uygulanan yük büyüklüğü oldukça sınırlıdır.

Burada araştırmacılar bir örnek (basınç zorlanma) kısıtlamalar olmadan süzün ve aynı anda STM kullanarak, yüzey yapısını görmenize olanak sağlayan bir roman mekanik zorlanma uniaxial aygıt kullanımını gösterir (bkz. şekil 1). Örnek olarak, kullandığımız tek kristalleri Fe1 +yTe, nerede y = 0,10, (i ise aşırı demir konsantrasyonu) demir chalcogenide süper iletkenler üst bileşik. ~ 60 K, Fe1 +yTe geçişleri yüksek sıcaklık paramagnetic durumundan bir bicollinear şerit manyetik sipariş26,33 düşük sıcaklık antiferromagnetic durumuyla = TN altında ,34 (bkz. şekil 3A, B). Manyetik geçiş daha fazla yapısal bir geçiş tarafından tetragonal monoclinic26,35‘ e eşlik ediyor. Uçak-AFM sipariş uzun b-yönünü Ortorombik yapısı34işaret spin yapısı ile detwinned etki alanları oluşturur. Spin polarize STM AFM siparişle görüntülenmesi tarafından çift yönlü etki alanı yapısını unstrained Fe1 +yTe örneklerinde yoklama ve uygulanan baskı altında tek bir büyük etki alanına kendi geçiş gözlemlemek (bkz: şematik Şekil 3 C-E). Bu deneylerin başarılı yüzey tarama tünel mikroskopla örnek ve yüzey yapısını aynı anda görüntüleme fizyon burada anlatılan zorlanma uniaxial aygıtı kullanarak tek kristalleri ayarlama göster. Şekil 1 şematik çizimler ve resimler mekanik zorlanma cihazın gösterir.

Protocol

Not: U şeklinde vücut 416-kalite paslanmaz çelik, sert ve Genleşme (CTE), ~9.9 μm/(m∙°C), ~17.3 μm/(m∙°C) 304 kalite paslanmaz çelik için ile karşılaştırıldığında düşük katsayısı olduğu yapılır. 1. mekanik zorlanma uniaxial aygıt U şekilli aygıt, (1-72 inç başına 72 rotasyonu için karşılık) mikrometre vida, Belleville bahar diskleri ve taban plakası onları ayrı ayrı sonicating aseton içinde ilk ve daha sonra da isopropanol, her, 20 dk içi…

Representative Results

STM topographs sabit geçerli modu-12 meV örnek ve bir setpoint uygulanan bir setpoint önyargı ile ölçülen-1.5 olarak nA ucunda toplanan. PT-IR ipuçları tüm deneylerde kullanılıyordu. Spin polarize STM elde etmek için hangi-ebilmek var olmak oldukça zor manyetik atomları ile kaplı olması tarama tünel mikroskop ucu vardır. Bu durumda Fe1 +yTe okuyan örnek kendisi bu ulaşmak için basit bir yol sağlar. Aşırı demirleri (y Fe<sub…

Discussion

Örnekleri içine ve STM içinde taşımak için gerekli tüm işlemleri kol manipülatörler kümesi kullanılarak yapılır. STM düşük sıcaklıklarda sıvı azot ve sıvı helyum tarafından korunur ve yaklaştı önce örnek için en az 12 h soğur. Bu örnek ve mikroskop sıcaklık termal denge ulaşmak sağlar. Elektrik ve Akustik gürültü izole için STM bir akustik ve radyo frekansı korumalı Oda yer alıyor. Mikroskop kafa daha fazla en iyi duruma getirilmiş enstrümantal istikrar için yaylar gelen bekle…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

PA No destek üzerinden ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF) kariyer Ödülü altında kabul eder DMR-1654482. Malzeme sentezi Polonya Ulusal Bilim Merkezi grant Hayır 2011/01/B/ST3/00425 desteği ile gerçekleştirilmiştir.

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Paglione, J., Greene, R. L. High-temperature superconductivity in iron-based materials. Nature Physics. 6 (9), 645 (2010).
  2. Keimer, B., Kivelson, S. A., Norman, M. R., Uchida, S., Zaanen, J. From quantum matter to high-temperature superconductivity in copper oxides. Nature. 518, 179-186 (2015).
  3. Anderson, P. W. Physics: The opening to complexity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 92 (15), 6653-6654 (1995).
  4. Dagotto, E. Complexity in strongly correlated electronic systems. Science. 309, 257-262 (2005).
  5. Davis, J. S., Lee, D. -. H. Concepts relating magnetic interactions, intertwined electronic orders, and strongly correlated superconductivity. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (44), 17623-17630 (2013).
  6. Fernandes, R., Chubukov, A., Schmalian, J. What drives nematic order in iron-based superconductors. Nature Physics. 10 (2), 97 (2014).
  7. Fradkin, E., Kivelson, S. A., Tranquada, J. M. Colloquium: Theory of intertwined orders in high temperature superconductors. Reviews of Modern Physics. 87 (2), 457 (2015).
  8. Stillwell, E., Skove, M., Davis, J. Two “Whisker” Straining Devices Suitable for Low Temperatures. Review of Scientific Instruments. 39 (2), 155-157 (1968).
  9. Shayegan, M., et al. Low-temperature, in situ tunable, uniaxial stress measurements in semiconductors using a piezoelectric actuator. Applied Physics Letters. 83 (25), 5235-5237 (2003).
  10. Chu, J. -. H., Kuo, H. -. H., Analytis, J. G., Fisher, I. R. Divergent nematic susceptibility in an iron arsenide superconductor. Science. 337 (6095), 710-712 (2012).
  11. Song, Y., et al. Uniaxial pressure effect on structural and magnetic phase transitions in NaFeAs and its comparison with as-grown and annealed BaFe2As2. Physical Review B. 87 (18), 184511 (2013).
  12. Allan, M. P., et al. Anisotropic impurity states, quasiparticle scattering and nematic transport in underdoped Ca(Fe1−xCox)2As2. Nature Physics. 9 (4), 220-224 (2013).
  13. Hicks, C. W., et al. Strong increase of Tc of Sr2RuO4 under both tensile and compressive strain. Science. 344 (6181), 283-285 (2014).
  14. Hicks, C. W., Barber, M. E., Edkins, S. D., Brodsky, D. O., Mackenzie, A. P. Piezoelectric-based apparatus for strain tuning. Review of Scientific Instruments. 85 (6), 065003 (2014).
  15. Gannon, L., et al. A device for the application of uniaxial strain to single crystal samples for use in synchrotron radiation experiments. Review of Scientific Instruments. 86 (10), 103904 (2015).
  16. Kretzschmar, F., et al. Critical spin fluctuations and the origin of nematic order in Ba(Fe1−xCox)2As 2. Nature Physics. 12 (6), 560 (2016).
  17. Steppke, A., et al. Strong peak in T c of Sr2RuO4 under uniaxial pressure. Science. 355 (6321), 133 (2017).
  18. Yim, C. M., et al. Discovery of a strain-stabilised smectic electronic order in LiFeAs. Nature Communications. 9 (1), 2602 (2018).
  19. Gao, S., et al. Atomic-scale strain manipulation of a charge density wave. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (27), 6986-6990 (2018).
  20. Jiang, J., et al. Distinct in-plane resistivity anisotropy in a detwinned FeTe single crystal: Evidence for a Hund’s metal. Physical Review B. 88 (11), 115130 (2013).
  21. Zhang, Y., et al. Symmetry breaking via orbital-dependent reconstruction of electronic structure in detwinned NaFeAs. Physical Review B. 85 (8), 085121 (2012).
  22. Watson, M. D., Haghighirad, A. A., Rhodes, L. C., Hoesch, M., Kim, T. K. Electronic anisotropies revealed by detwinned angle-resolved photo-emission spectroscopy measurements of FeSe. New Journal of Physics. 19 (10), 103021 (2017).
  23. Iida, K., et al. Strong T c dependence for strained epitaxial Ba(Fe1-xCox)2As2 thin films. Applied Physics Letters. 95 (19), 192501 (2009).
  24. Stern, A., Dzero, M., Galitski, V., Fisk, Z., Xia, J. Surface-dominated conduction up to 240 K in the Kondo insulator SmB 6 under strain. Nature Materials. 16 (7), 708-711 (2017).
  25. Iida, K., et al. Hall-plot of the phase diagram for Ba(Fe1−xCox)2As2. Scientific Reports. 6, 28390 (2016).
  26. Hänke, T., et al. Reorientation of the diagonal double-stripe spin structure at Fe1+yTe bulk and thin-film surfaces. Nature Communications. 8, 13939 (2017).
  27. Takeshita, N., Sasagawa, T., Sugioka, T., Tokura, Y., Takagi, H. J. Gigantic anisotropic uniaxial pressure effect on superconductivity within the CuO2 plane of La1.64Eu0.2Sr0.16CuO4: Strain control of stripe criticality. Journal of the Physical Society of Japan. 73 (5), 1123-1126 (2004).
  28. Kuo, H. -. H., Shapiro, M. C., Riggs, S. C., Fisher, I. R. Measurement of the elastoresistivity coefficients of the underdoped iron arsenide Ba(Fe0.975Co0.025)2As2. Physical Review B. 88 (8), 085113 (2013).
  29. He, M., et al. Dichotomy between in-plane magnetic susceptibility and resistivity anisotropies in extremely strained BaFe2As2. Nature Communications. 8 (1), 504 (2017).
  30. Engelmann, J., et al. Strain induced superconductivity in the parent compound BaFe2As2. Nature Communications. 4 (2877), 2877 (2013).
  31. Berger, A. D. N., et al. . Temperature Driven Topological Switch in 1T’-MoTe2 and Strain Induced Nematicity in NaFeAs. , (2018).
  32. Böhmer, A., et al. Effect of biaxial strain on the phase transitions of Ca(Fe1−xCox)2As2. Physical Review Letters. 118 (10), 107002 (2017).
  33. Bao, W., et al. Tunable (δ π, δ π)-type antiferromagnetic order in α-Fe(Te,Se) superconductors. Physical Review Letters. 102 (24), 247001 (2009).
  34. Koz, C., Rößler, S., Tsirlin, A. A., Wirth, S., Schwarz, U. Low-temperature phase diagram of Fe1+yTe studied using x-ray diffraction. Physical Review B. 88 (9), 094509 (2013).
  35. Enayat, M., et al. Real-space imaging of the atomic-scale magnetic structure of Fe1+yTe. Science. 345 (6197), 653-656 (2014).
  36. Singh, U. R., Aluru, R., Liu, Y., Lin, C., Wahl, P. Preparation of magnetic tips for spin-polarized scanning tunneling microscopy on Fe1+yTe. Physical Review B. 91 (16), 161111 (2015).
  37. Chandra, S., Islam, A. K. M. A. Elastic and electronic properties of PbO-type FeSe1-xTex (x= 0-1.0): A first-principles study. ArXiv preprint. , (2010).

Tags

Keywords: Uniaxial-strainAntiferromagnetic DomainsFe1+YTeSpin-polarized Scanning Tunneling MicroscopeHigh Temperature SuperconductorsBroken Symmetry StatesSingle CrystalSDM-compatibleDevice TestingVisual Demonstration
check_url/59203?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Kavai, M., Giannakis, I., Leshen, J., Friedman, J., Zajdel, P., Aynajian, P. Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope. J. Vis. Exp. (145), e59203, doi:10.3791/59203 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image