JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

استخدام سلالة أونياكسيال جنبا إلى جنب مع الأقطاب تدور المسح المجهري النفق، وتصور، والتعامل مع بنية المجال فلز الحديد1 + yالشركة المصرية للاتصالات، مجمع الأصل على أساس الحديد استعمالا.

Abstract

ودفعت السعي لفهم النظم الإلكترونية مرتبطة حدود القياسات التجريبية نحو تطوير منهجيات وتقنيات تجريبية جديدة. هنا نستخدم جهاز رواية سلالة أونياكسيال الصنع إدماج لدينا درجة الحرارة متغير مسح نفق مجهر التي تمكننا من التلاعب في الطائرة سلالة أونياكسيال في عينات كنترولبلي والتحقيق استجابتها الإلكترونية في الجدول الذري. استخدام الفحص المجهري نفق (STM) مع تقنيات تدور الاستقطاب، يمكننا تصور فلز (فؤاد) المجالات وهيكلها الذري في Fe1 +عينات Tey، مجمع الأصل استعمالا المستندة إلى الحديد، و إظهار كيفية استجابة هذه المجالات التطبيقية بسلالة أونياكسيال. ونلاحظ ثنائية الاتجاه في المجالات فؤاد في العينة أونستراينيد، مع حجم نطاق متوسط ~ 50-150 نانومتر، بمرحلة انتقالية في مجال أحادي مفرد تحت ضغط أونياكسيال التطبيقية. فتح النتائج المعروضة هنا اتجاها جديداً لاستخدام معلمة ضبط قيمة في تحقيق الاستقرار والانتساب، فضلا عن غيرها من التقنيات الطيفية، سواء بالنسبة لضبط الخصائص الإلكترونية أما بالنسبة لحمل التماثل كسر في الكم النظم المادية.

Introduction

الموصلية الفائقة ذات درجة الحرارة العالية في كوبراتيس وعلى أساس الحديد استعمالا حالة مثيرة للاهتمام من الكم المسألة1،2. تحديا كبيرا في فهم الموصلية الفائقة هو الطابع المترابط محلياً من مختلف الدول كسر التناظر، مثل الإلكترونية nematic وسميكتيك مراحل (أن كسر التماثلات التناوب ومتعدية الجنسيات من الدول الإلكترونية)، مع الموصلية الفائقة3،،من45،،من67. التلاعب وضبط المتعمد لهذه الدول كسر التناظر هدفا رئيسيا نحو فهم ومراقبة الموصلية الفائقة.

السلالة التي تسيطر عليها، سواء أونياكسيال أو بياكسيال، وأسلوب راسخة لضبط الدول الإلكترونية الجماعية في المواد المكثفة نظم8،،من910،11،12، 13،14،15،16،17،،من1819،،من2021، 22. هذا ضبط نظيفة، دون الأخذ بالاضطراب من خلال تعاطي المنشطات الكيميائية، يستخدم عادة في أنواع مختلفة من التجارب لضبط معظم الخصائص الإلكترونية23،،من2425،26 . على سبيل المثال، قد ثبت الضغط أونياكسيال لها تأثير هائل في الموصلية الفائقة4RuO13 ريال2وكوبراتيس27 وفي الهيكلية والمغناطيسية، و nematic المرحلة الانتقالية من استعمالا المستندة إلى الحديد 10 , 14 , 28 , 29 وقد تجلى مؤخرا في ضبط دول طوبولوجي SmB624. ومع ذلك، تم استخدام سلالة في تقنيات حساسة للسطح، مثل تحقيق الاستقرار والانتساب وزاوية--حل فوتوميشن التحليل الطيفي (أربيس)، تنحصر في طبقات رقيقة نابعة من الموقع على ركائز غير متطابقة26،30. يتمثل التحدي الرئيسي مع تطبيق الضغط على بلورات مفردة في تجارب حساسة للسطح الحاجة إلى تنشق العينات المتوترة في الفراغ أولتراهيغ (اوهف). في السنوات القليلة الماضية، كان اتجاه بديل الإيبوكسي عينة رقيقة بيزو مكدسات9،10،،من1831 أو على لوحات مع معاملات مختلفة للتمدد الحراري19 ،32. بعد حجم الضغط التطبيقية في كلتا الحالتين، محدودة للغاية.

هنا نظهر استخدام جهاز أونياكسيال سلالة الميكانيكية الرواية التي يسمح للباحثين سلالة عينة (إجهاد ضاغطة) دون قيود وفي نفس الوقت تصور بنيتها السطحية باستخدام الوحدات التدريبية الموحدة (انظر الشكل 1). على سبيل مثال، نحن نستخدم بلورات مفردة من الحديد1 +yالشركة المصرية للاتصالات، حيث y = 0.10، مجمع الأصل استعمالا تشالكوجينيدي الحديد (y هو تركيز الحديد الزائد). أدناه TN = K ~ 60، Fe1 +yTe الانتقال من دولة باراماجنيتيك ارتفاع درجة الحرارة في حالة درجات الحرارة المنخفضة فلز مع بيكولينير شريط مغناطيسي ترتيب26،33 ،34 (انظر الشكل 3 أ، ب). كذلك يرافق الانتقال المغناطيسي تحول هيكلي من تيتراجونال إلى أحادي ميل26،35. أشكال النظام فؤاد في الطائرة ديتوينيد المجالات مع هيكل تدور الإشارة على طول طويلة ب-اتجاه هيكل orthorhombic34. بتصور ترتيب فؤاد مع تحقيق الاستقرار والانتساب تدور الاستقطاب، التحقيق في بنية المجال ثنائي الاتجاه في أونستراينيد Fe1 +yTe العينات ومراقبة انتقالها إلى مجال كبير واحد تحت ضغط التطبيقية (انظر التخطيطي في الشكل 3 جيم-هاء). تبين هذه التجارب الناجحة ضبط سطح بلورات مفردة باستخدام جهاز أونياكسيال سلالة المعروضة هنا، ناهضة العينة، وتصوير المتزامن لبنيتها السطحية مع المجهر النفقي المسح. ويبين الشكل 1 رسومات تخطيطية وصور لجهاز الضغط الميكانيكي.

Protocol

ملاحظة: الجسم على شكل U مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الصف 416، قاسية، وانخفاض معامل التمدد الحراري (CTE)، μm/(m∙°C) ~9.9، بالمقارنة مع μm/(m∙°C) ~17.3 للفولاذ المقاوم للصدأ 304-الصف.

1-ميكانيكية أونياكسيال إجهاد الجهاز

  1. تنظيف الجهاز على شكل U ومسامير ميكرومتر (1 – 72 المقابلة لتناوب 72 في البوصة) والأقراص الربيع بيلفيل والصفيحة القاعدية التي سونيكاتينج منها بشكل منفصل في الأسيتون أولاً وثم في الايزوبروبانول، لكل منها 20 دقيقة في سونيكاتور حمام الموجات فوق الصوتية. يؤدي هذا إلى إزالة أية شوائب/الجسيمات. وينبغي أن تنفذ هذه العملية في غطاء محرك السيارة.
  2. خبز لهم في فرن لمدة 15 – 20 دقيقة للتخلص من أي بقايا المياه ديغا.
  3. استخدام شفرة حلاقة حادة، مع ملاحظة تحت مجهر ضوئي قص الحديد1 +Yالعينة Te الحجم، أي 1 مم × 2 مم × 0.1 مم.
  4. تجميع الأجزاء معا كما هو مبين في الشكل 1، أول لوحة. افتتاح داخل U 1 ملم، ويمكن ضبطها أصغر أو كبيرة بزوج من مسامير ميكرومتر تقع على جانبي الجهاز.

2-تطبيق الضغط

  1. في أطباق منفصلة اثنين، مزيج من الإيبوكسي الفضة (H20E) والايبوكسي نونكوندوكتيفي (H74F) وفقا للتعليمات الواردة في ورقة البيانات الإيبوكسي.
  2. على الجهاز على شكل U، تطبيق طبقة رقيقة من الإيبوكسي الفضة (H20E) لإنشاء الاتصال الكهربائية، وجبل العينة (حجم 1 مم × 2 مم × ~0.1 ملم) مع محورها طويل الموجه ب محور العينة Te1 +yFe ، على رأس الجهاز، عبر الفجوة 1 ملم، كما هو مبين في الشكل 1. خبز في فرن الحراري، الجهاز لمدة 15 دقيقة على 120 درجة مئوية.
  3. تغطي الجانبين من العينة مع الإيبوكسي نونكوندوكتيفي حيث أن العينة بقوة معتمدة على الجهاز. تخبز لمدة 20 دقيقة عند 100 درجة مئوية.
    1. استخدام مجهر ضوئي، دراسة موقف العينة من جميع الزوايا للتأكد محاذاة متوازية من الجانبين من العينة مع الفجوة.
    2. بشكل اختياري، مكان العينات داخل الفجوة وإنفاذها الإيبوكسي H20E و H74F (الشكل 1).
  4. تحت مجهر ضوئي تطبيق إجهاد ضاغطة بتدوير المسمار ميكرومتر بينما مراقبة سطح العينة.
    ملاحظة: هنا طبقنا سلالة 50°، ولكن يمكن تعديل هذه اعتماداً على مقدار الضغط ليتم تطبيقها على العينة. يتم نقل الضغط إلى العينة بسلسلة من الأقراص الربيع بيلفيل. ينبغي أن يكون هناك لا شقوق أو الانحناء للعينة بعد تطبيق الضغط.
  5. برغي الجهاز على الصفيحة القاعدية كما هو مبين في الشكل 1 باء.
    1. تطبيق طبقة رقيقة من الإيبوكسي الفضة (H20E) من الصفيحة القاعدية على الجهاز على شكل U لإنشاء الاتصال الكهربائية بين العينة واللوحة. خبز لمدة 15 دقيقة على 120 درجة مئوية. قياس حدوث تماس كهربائي باستخدام متعدد.
    2. باستخدام طبقة رقيقة من الإيبوكسي نونكوندوكتينج H74F، الصق وظيفة ألومنيوم (بنفس حجم العينة) على العينة المتوترة، عمودي على الطائرة كليفينج أ-ب. خبز الجهاز المجمعة لمدة 20 دقيقة حتى يشفي الإيبوكسي.

3. نقل الجهاز إلى رئيس مجهر المسح النفقي

  1. نقل الجهاز المصبوغة بالعينة ووظيفة عن طريق رصيف التحميل من فراغ متغير الحرارة، أولتراهيغ مسح نفق مجهر، إلى دائرة التحليل (انظر الشكل 2 أ).
  2. باستخدام مناور ذراع، ضرب قبالة وظيفة الألومنيوم في الفراغ أولتراهيغ في درجة حرارة الغرفة، تعريض سطح ملصوق طازجة.
  3. نقل على الفور الجهاز (مع عينة المتوترة) في الموقع مع مجموعة أخرى من المتلاعبين بالدائرة مجهر المسح النفقي ومجهر الرأس (انظر الشكل 2)، والتي قد تم تبريد وصولاً إلى 9 ك. القيام بكل التجارب في 9 ك.
  4. السماح العينة تهدئة بين عشية وضحاها قبل القيام بالخطوات التالية.

4-القيام بتجارب تحقيق الاستقرار والانتساب

  1. إعداد نصائح Pt-الأشعة تحت الحمراء قبل كل تجربة طريق الانبعاث الحقل على سطح Cu (111) التي كانت تعامل مع عدة جولات من اﻷخرق والصلب.
  2. استخدام الجهد المطبقة على المواد كهرضغطية في المجهر بجهاز تحكم خارجي، الانتقال من مرحلة عينة لمحاذاة مع الحافة، ثم اتبع بالاقتراب من العينة.
  3. بمجرد التلميح قليلة بعيداً من العينة وفي نفق الحالي يتم تسجيل الذبذبات، توبوجرافس تأخذ في التحيز setpoint المختلفة والتيارات setpoint.
    ملاحظة: يتم التحكم المجهر النفقي المسح التي تحكم المتوفرة من الشركة المصنعة والبرامج. لتشغيل المجهر، يرجى الرجوع إلى الدليل المستخدم/الدروس (http://www.rhk-tech.com/support/tutorials/).

النتائج

وقيست توبوجرافس تحقيق الاستقرار والانتساب في الوضع الحالي المستمر مع وجود تحيز setpoint لتطبيقها على العينة و setpoint مليون إلكترون فولط-12 الحالية من-1.5 غ التي جمعت على الحافة. واستخدمت نصائح Pt-الأشعة تحت الحمراء في جميع التجارب. وقد تلميح مجهر المسح النفقي تحقيقا لتحقيق الاستق...

Discussion

تجري جميع العمليات المطلوبة لنقل العينات إلى داخل تحقيق الاستقرار والانتساب واستخدام مجموعات من المضاربين الذراع. يتم الاحتفاظ تحقيق الاستقرار والانتساب في درجات حرارة منخفضة بسائل النيتروجين والهيليوم السائل، ويبرد العينة على الأقل 12 ح قبل يجري تناولها. وهذا يتيح درجة حرارة العينة وم?...

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

السلطة الفلسطينية تسلم الدعم من الولايات المتحدة الوطني العلم مؤسسة (NSF) الوظيفي في إطار جائزة لا هيئة الهجرة واللاجئين-1654482. تجميع المواد أجريت بالدعم من "مركز العلوم الوطني البولندي" المنحة رقم 2011/01/ب/ST3/00425.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Belleville spring disksMcMaster Carr
Fe(1.1)TeSingle Crystal
H20EEpoxy Technology
H74FEpoxy Technology
Micrometer screwsMcMaster Carr
Stainless Steel sheets (416)McMaster Carr

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).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

145

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved