Name: spark plasma sintering apparatus used for the formation of strontium titanate bicrystals
Uploaded: 2017-02-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 17 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals at JoVE.com

LH بامتنان الدعم المالي من قبل مؤسسة العلوم العليا زمالة القومي الأمريكي للبحوث تحت المنحة رقم 1148897. الكترون توصيف المجهر ومعالجة الصحة والصحة النباتية في جامعة كاليفورنيا في ديفيس كان مدعوما ماليا من قبل جائزة جامعة كاليفورنيا مختبر رسوم (# 12 LR-238313). وأيد العمل في الجزيئية مسبك من قبل مكتب العلوم ومكتب للعلوم الأساسية للطاقة، من وزارة الطاقة في الولايات المتحدة بموجب العقد رقم DE-AC02-05CH11231.

1. إعداد عينة من واحدة كريستال سترونتيوم ملح التيتان ملاحظة: يتم توفير STO الكريستال واحد مع (100) سطح مصقول لمرآة النهاية. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شهد قسم STO إلى 5X5 مم 2 قطعة باستخدام سلك الماس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بالموجات فوق الصوتية عينات نظيفة في 50-60 هرتز على التوالي في الحمامات من الأسيتون، الأيزوبروبانول، والميثانول لمدة خمس عشرة دقيقة لكل منهما. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة STO من حمام الميثانول إلى المكان على الفور على لوحة الساخنة التي عقدت في درجة حرارة 200 درجة مئوية. تسخين العينة بعد التنظيف يمنع تشكيل اكتشاف التبخر من الكحول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مكان عينات لفي حمض الهيدروفلوريك مخزنة عشر دقائق (الرقم الهيدروجيني = 4)، 6: حل 1 من فلوريد الأمونيوم وحمض الهيدروفلوريك 49٪. 22 هذا الحل يحفر في STO، وتشكيل أغلبية (100) تيو 2 إنهاء السطح. إذا كان الجانب المسطح بصريا من الكريستال واحد لديه مظهر قوس قزح، وكانت العينة على محفورا ويجب نأن تستخدم بعد التمديد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد في حل منمش عشر دقائق ثم يشطف العينات في الماء (DI) منزوع الأيونات وثم في الأيزوبروبانول. الجافة باستخدام الهواء تنظيف المنزل. </li></ol> 2. Bicrystal تشكيل عبر سبارك البلازما التكلس جهاز ملاحظة: للحصول على 5X5 مم 2 استخدام الكريستال 30 مم الجرافيت يموت. إذا كان يموت بقطر أصغر من 30 ملم يستخدم، وbicrystal كسور كارثي خلال الترابط. الأمثل حجم يموت وكذلك الضغط من قبل جهاز SPS المبذولة يعتمد إلى حد كبير على حجم البلورات. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع دائرة 30 مم ورقة الجرافيت على المكبس الجرافيت التي يبلغ قطرها 30 ملم. يمنع رقة الجرافيت STO من الرابطة إلى المكبس الجرافيت أثناء التجربة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كومة اثنين 5X5 بلورات مم 2 STO واحدة مع الأسطح المسطحة بصريا على وضعها التي تواجه الداخل لتشكيل الحدود bicrystal. توسيط كومة على رأس ورقة الجرافيت والغطاس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدوير أعلى صرخة واحدةستال حول &lt;100&gt; محور إلى زاوية misorientation المختار. و&lt;100&gt; هو محور عمودي على سطح مستو بصريا من الكريستال. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حرك يموت الجرافيت على المكبس والبلورات. ضع الثانية 30 مم دائرة ورقة الجرافيت ثم 30 مم الغطاس على بلورات STO مكدسة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كومة من الغطاسون جنبا إلى جنب ويموت على الفواصل الجرافيت في جهاز الصحة والصحة النباتية (الشكل 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق قوة ذو محورين من 3 كيلو نيوتن لتقليل مقاومة اتصال باستخدام أزرار التحكم ض محور. في كافة مراحل التجربة، يجب على المستخدم الحفاظ على القوة في 3 كيلو نيوتن عن طريق أزرار التحكم ض محور. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدراج ك نوع الحرارية إلى يموت الجرافيت في حفرة صغيرة، كما هو موضح في الشكل 1. تمتد الحرارية من خلال يموت على عينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط ضغط الغرفة من جهاز الصحة والصحة النباتية ل~ 10 با باستخدام أزرار فراغ دفع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد درجة حرارة السندات، والوقت، والتدفئة معدلات عبر أداة برنامج التعاون<html> برنامج ntrol (الجدول 1). لدرجة الحرارة الترابط والوقت، واستخدام معدل تسخين 70-80 ° C / دقيقة ومعدل التبريد من 50 درجة مئوية / دقيقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين 12 ق على، 2 ثانية قبالة نبض العاصمة باستخدام أداة زر تلبد. ويطبق التحيز نابض من ~ 4 V والتيار المباشر من ~ 550 ألف تدريجيا إلى عينة بمجرد وضع برنامج لتشغيل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اضغط على زر البدء على الجهاز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة عينة عندما ينتهي البرنامج. بعد تشكيل bicrystal، ستظهر عينة الرمادي والأسود نظرا للبيئة والحد من جهاز الصحة والصحة النباتية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام فرن درجة حرارة عالية عند درجة حرارة 1200 درجة مئوية لمدة 140 ساعة، وتطبيق أي ضغط خلال هذا الإجراء، ليصلب وإعادة أكسدة العينة في الهواء. وقد تم اختيار المعلمات الصلب وفقا لعمل سابق قام به هوت وآخرون. التي bicrystals شكلت في فراغ عالية (13). بعد الصلب، وعينة تكشف لون من البيض ويتأكسد. </li></ol>&quot;jove_title&quot;&gt; 3. عينة إعداد Bicrystal لشعاع الالكترون التصوير <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رأى المقطع العرضي bicrystal مع سلك الماس إلى مم 5X1 2 أقسام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينات المقطع العرضي البولندية مع فيلم الماس اللف. وانخفض حجم حصى على الفيلم الماس اللف تدريجيا من 9 ميكرون إلى 0.1 ميكرون. التغيير إلى أصغر حجم حصى مرة واحدة الخدوش موحدة عبر السطح. استخدام عكس اتجاه عقارب الساعة الصوانى الحركة لمدة 9 ميكرون إلى 6 ميكرون اللف الفيلم. استخدام عكس اتجاه عقارب الساعة الصوانى الحركة مع رئيس عينة تتأرجح لمدة 6 ميكرون إلى 0.1 ميكرون اللف الفيلم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينات المقطع العرضي البولندية مع السيليكا الغروية لمدة دقيقتين باستخدام قطعة قماش حصيرة. باستمرار صب السيليكا الغروية على حصيرة مع حركة عقارب الساعة الصوانى ورئيس عينة متذبذب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خمسة عشر ثواني قبل إزالة عينة، والتوقف عن صب السيليكا الغروية وسكب الماء DI على الصوانى. صب الماء DI لمدة خمس عشرة ثانية، وإزالة عينة، وشطف العينة فورا<html> في الماء DI لمدة 1 دقيقة. إذا لم يتبع هذا الإجراء، فإن السيليكا الغروية السندات سطح العينة وتحجب الحدود الحبوب خلال المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بمجرد مصقول العينة إلى سطح أملس بصريا والعينات نظيفة بالموجات فوق الصوتية على التوالي في الحمامات من الأسيتون، الأيزوبروبانول، والميثانول لمدة خمس عشرة دقيقة لكل منهما. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة STO من حمام الميثانول إلى المكان على الفور على لوحة الساخنة التي عقدت في درجة حرارة 200 درجة مئوية. تسخين العينة بعد التنظيف يمنع تشكيل اكتشاف التبخر من الكحول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جبل عينة مصقول السطح حتى على كعب العينة باستخدام الجرافيت الغروية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تفل معطف عينة السطح مع 2-3 نانومتر من الكربون. استخدام المعلمات التالية لالمغطى الكربون: قرار نبض 0.2 نانومتر / النبض، معدل خطوة الحالي من 0.2 A / نبض، نبض الحالية من 40 ألف وطول نبض 2 ثانية، والبقول أقصاها 50. </li></ol> 4. تنظيف النحاس الشبكة الاكذوبه = &quot;jove_content&quot;&gt; ملاحظة: التنظيف غير السليم للشبكة الاكذوبه يمكن أن يؤدي إلى تلوث الكربون من الصفيحة في تيم. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع النحاس الاكذوبه الشبكة في حمام الأيزوبروبانول الأسيتون ثم لمدة 1 ساعة لكل منهما. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> البلازما النحاس نظيفة شبكة الاكذوبه لمدة 10 دقيقة. </li></ol> 5. إعداد نقل المجهر الإلكتروني (تيم) الرقيقة عبر المركزة ايون الشعاع (فيبوناتشي) جهاز ملاحظة: جميع المعلمات المستخدمة في إعداد الاكذوبه يتم كتابتها أو اختيار من القائمة المنسدلة في البرنامج جهاز الاكذوبه. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضع عينة STO والنحاس الاكذوبه الشبكة في جهاز الاكذوبه. المرحلة هي في 7 ملم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> العثور على المنطقة من اهتمام على طول واجهة بين البلورات واحد اثنين، أي الحدود الحبوب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد مربع الحوار الزخرفة. في مراقبة الزخرفة، حدد أداة الزخرفة مستطيل مع خاصية تطبيق سطح-سي DEP. إدراج C-DEP لحقن الغاز. إيداع 15 × 2 × 2 ميكرون 3 طبقة واقية من جأربون باستخدام شعاع الالكترون في الجهد من 5.0 كيلو فولت، تيار من 13.0 غ، وزاوية الميل من 0 درجة. التراجع C-إقلاع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد مربع الحوار الزخرفة. في مراقبة الزخرفة، حدد أداة الزخرفة مستطيل مع خاصية تطبيق W-إقلاع. إدراج W-DEP لحقن الغاز. إيداع 15 × 2 × 2 ميكرون 3 طبقة واقية من التنغستن باستخدام شعاع أيون في الجهد 30.0 كيلو فولت، تيار من 0.3 غ، وزاوية الميل 52 درجة. التراجع W-إقلاع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد مربع الحوار الزخرفة. في مراقبة الزخرفة، حدد الصليب القسم أداة الزخرفة منتظم مع خاصية تطبيق سي. استخدام 22 × 25 × 15 ميكرون 3 لتشكيل القاع و22 × 27 × 15 ميكرون (3) لنموذج القمة في الجهد 30.0 كيلو فولت، تيار من 30.0 غ، وزاوية الميل 52 درجة عن طريق شعاع أيون. فإن نمط إنشاء مطحنة خندق على جانبي طبقة واقية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حدد مربع الحوار الزخرفة. في مراقبة الزخرفة، حدد النظيفةعبور القسم أداة الزخرفة مع خاصية تطبيق سي. استخدام 22 × 3 × 60 ميكرون (3) لنموذج القمة والقاع في الجهد 30.0 كيلو فولت وتيار من 1.0 غ من خلال شعاع أيون. زاوية الميل هي 53.5 درجة لتشكيل القاع و50،5 درجة لنموذج القمة. نمط ينظف سطح الصفيحة trenched من نمط بالستائر التي تنتج من قسم العادية للالزخرفة عبر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع J-نمط في العينة باستخدام أداة الزخرفة مستطيل مع خاصية تطبيق سي. استخدام 2 ميكرون لعرض في الجهد 30.0 كيلو فولت وتيار من 1.0 غ من خلال شعاع أيون. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختر سهل مربع الحوار مصعد. إدراج micromanipulator لموقف الحديقة. خفض micromanipulator وإرفاق العينة إلى الشبكة النحاسية الاكذوبه عبر لحام التنغستن باستخدام عملية بالتفصيل في 5.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام الخطوات بالتفصيل في 5.7، μcut يو-النمط، والاستمرار من الأصلي J-النمط، في العينة باستخدام شعاع أيون في الجهد30.0 كيلو فولت وتيار من 1.0 غ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رفع الصفيحة عبر micromanipulator فوق عينة كبيرة الحجم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدوير micromanipulator 180 درجة، وبالتالي فإن الحدود الحبوب لم تعد موازية لشعاع أيون، ولكن عمودي على شعاع أيون. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حام التنغستن الصفيحة إلى الشبكة النحاسية الاكذوبه باستخدام الخطوات بالتفصيل في 5.4 مع شعاع ايون في الجهد 30.0 كيلو فولت وتيار من 0.3 غ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع micromanipulator من الصفيحة باستخدام الخطوات بالتفصيل في 5.7 مع شعاع ايون في الجهد 30.0 كيلو فولت وتيار من 1.0 غ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوات بالتفصيل في 5.3. إيداع طبقة 15 × 2 × 4 ميكرون 3 اقية من الكربون باستخدام شعاع الالكترون في الجهد من 5.0 كيلو فولت، تيار من 13.0 غ، وزاوية الميل من 0 درجة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوات بالتفصيل في 5.4. إيداع 15 × 2 × 8 ميكرون 3 طبقة واقية من التنغستن باستخدام شعاع أيون في الجهد 30.0 كيلو فولت، تيار من 0.3 غ، وزاوية الميل 52 درجة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> معشعاع أيون، رقيقة العينة إلى ما يقرب من 200 نانومتر باستخدام الجهد 30.0 كيلو فولت وتيار تناقص بشكل منهجي من 0.5 غ، 0.3 غ، و 0.1 غ. في هذه المرحلة، ويستخدم لتنظيف المقطع العرضي نمط وإمالة العينة إلى زاوية من 52 ±± 1.5 درجة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مع شعاع أيون، رقيقة العينة إلى الإلكترون الشفافية باستخدام الجهد من 5.0 كيلو فولت وتيار 77.0 السلطة الفلسطينية. في هذه المرحلة، يتم استخدام نمط المستطيل بزاوية ميل 52 ± 3 درجات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إزالة الضرر غير متبلور تكبدها من الاكذوبه عن طريق تنظيف العينة على الجهد 500 فولت وتيار 150 أمبير. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عينة تيم مكان في تيم حامل وإدراج في نقل مجهر المسح الإلكتروني (STEM). حدد &quot;التقاط&quot;، عينة صورة الحبوب الحدود. </li></ol>

<ol>
	<li>Munir, Z. A., Anselmi-Tamburini, U., Ohyanagi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+electric+field+and+pressure+on+the+synthesis+and+consolidation+of+materials:+A+review+of+the+spark+plasma+sintering+method.">The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: A review of the spark plasma sintering method.</a> J. Mater. Sci. 41 (3), 763-777 (2006).</li><li>Chen, W., Anselmi-Tamburini, U., Garay, J. E., Groza, J. R., Munir, Z. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamental+investigations+on+the+spark+plasma+sintering/synthesis+process:+I.+Effect+of+dc+pulsing+on+reactivity.">Fundamental investigations on the spark plasma sintering/synthesis process: I. Effect of dc pulsing on reactivity.</a> Mater. Sci. Eng. A. 394 (1-2), 132-138 (2005).</li><li>Holland, T. B., Anselmi-Tamburini, U., Mukherjee, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+fields+and+the+future+of+scalability+in+spark+plasma+sintering.">Electric fields and the future of scalability in spark plasma sintering.</a> Scr. Mater. 69 (2), 117-121 (2013).</li><li>Wan, J., Duan, R., Mukherjee, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spark+plasma+sintering+of+silicon+nitride/silicon+carbide+nanocomposites+with+reduced+additive+amounts.">Spark plasma sintering of silicon nitride/silicon carbide nanocomposites with reduced additive amounts.</a> Scr. Mater. 53 (6), 663-667 (2005).</li><li>Carney, C. M., Mogilvesky, P., Parthasarathy, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidation+Behavior+of+Zirconium+Diboride+Silicon+Carbide+Produced+by+the+Spark+Plasma+Sintering+Method.">Oxidation Behavior of Zirconium Diboride Silicon Carbide Produced by the Spark Plasma Sintering Method.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 92 (9), 2046-2052 (2009).</li><li>Dupeux, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+Oriented+Two-Phase+Bicrystals+by+Diffusion+Bonding+Technique.">Production of Oriented Two-Phase Bicrystals by Diffusion Bonding Technique.</a> J. Cryst. Growth. 66, 169-178 (1984).</li><li>Castro, R., van Benthem, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Sintering: mechanisms of convention nanodensification and field assisted processes. 35, (2012).</li><li>Byeon, S. C., Hong, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+field+assisted+bonding+of+ceramics.">Electric field assisted bonding of ceramics.</a> Mater. Sci. Eng. A. 287 (2), 159-170 (2000).</li><li>Wang, J., Conrad, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+the+space+charge+to+the+grain+boundary+energy+in+yttria-stabilized+zirconia.">Contribution of the space charge to the grain boundary energy in yttria-stabilized zirconia.</a> J. Mater. Sci. 49 (17), 6074-6080 (2014).</li><li>Fujimoto, M., Kingery, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructures+of+SrTiO3+Internal+Boundry+Layer+Capacitors+During+and+After+Processing+and+Resultant+Electrical+Properties.">Microstructures of SrTiO3 Internal Boundry Layer Capacitors During and After Processing and Resultant Electrical Properties.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 68 (4), 169-173 (1985).</li><li>Mitsuma, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structures+of+a+&#931;+=+9,+[110]/{221}+symmetrical+tilt+grain+boundary+in+SrTiO3.">Structures of a &#931; = 9, [110]/{221} symmetrical tilt grain boundary in SrTiO3.</a> Journal of Materials Science. 46 (12), 4162-4168 (2011).</li><li>Ikuhara, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grain+Boundary+and+Interface+Structures+in+Ceramics.">Grain Boundary and Interface Structures in Ceramics.</a> J. Ceram. Soc. Jpn. 109 (7), S110-S120 (2001).</li><li>Hutt, S., Kienzle, O., Ernst, F., Ruhle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+and+Structure+of+Grain+boundaries+in+Strontium+Titanate.">Processing and Structure of Grain boundaries in Strontium Titanate.</a> Z. Metallkd. 92 (2), 105-109 (2001).</li><li>Takahisa, Y., Ikuhara, Y., Sakuma, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current-voltage+characteristics+across+45&#9702;+symmetric+tilt+boundary+in+highly+donor-doped+SrTiO3+bicrystal.">Current-voltage characteristics across 45&#9702; symmetric tilt boundary in highly donor-doped SrTiO3 bicrystal.</a> J. Mater. Sci. Lett. 20, 1827-1829 (2001).</li><li>Hill, A., Wallach, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+Solid+State+Diffusion+Bonding.">Modelling Solid State Diffusion Bonding.</a> Acta Metall. 37 (9), 2425-2437 (1989).</li><li>Sato, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-linear+current-voltage+characteristics+related+to+native+defects+in+SrTiO3+and+ZnO+bicrystals.">Non-linear current-voltage characteristics related to native defects in SrTiO3 and ZnO bicrystals.</a> Sci. Technol. Adv. Mater. 4 (6), 605-611 (2003).</li><li>Hirose, S., Nishimura, H., Niimi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resistance+switching+effect+in+Nb-doped+SrTiO[sub+3]+(100)+bicrystal+with+(100)+&#8764;45&#176;+twist+boundary.">Resistance switching effect in Nb-doped SrTiO[sub 3] (100) bicrystal with (100) &#8764;45&#176; twist boundary.</a> J. App. Phys. 106 (4), 043711-043716 (2009).</li><li>Hutt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Doctoral Thesis. , (2002).</li><li>Brunner, D., Taeri-Baghbadrani, S., Sigle, W., Ruhle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suprising+Results+of+a+Studay+on+the+Plasticity+in+Strontium+Titanate.">Suprising Results of a Studay on the Plasticity in Strontium Titanate.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 84 (5), 1161-1163 (2001).</li><li>Gumbsch, P., Taeri-Baghbadrani, S., Brunner, D., Sigle, W., Ruhle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasticity+and+an+inverse+brittle-to-ductile+transition+in+strontium+titanate.">Plasticity and an inverse brittle-to-ductile transition in strontium titanate.</a> Phys. Rev. Lett. 87 (8), 085501-085504 (2001).</li><li>Taeri, S., Brunner, D., Sigle, W., Ruhle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deformation+Behavior+of+Strontium+Titanate+between+Room+Temperature+and+1800K+under+Ambient+Pressure.">Deformation Behavior of Strontium Titanate between Room Temperature and 1800K under Ambient Pressure.</a> Z. Metallkd. 95, 433-446 (2004).</li><li>Takahashi, K., Ohtomo, A., Kawasaki, M., Koinuma, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+Processing+and+Characterization+of+SrTiO3+Single+Crystals+and+Bicrystals+for+High+Tc+Superconducting+Film+Substrate.">Advanced Processing and Characterization of SrTiO3 Single Crystals and Bicrystals for High Tc Superconducting Film Substrate.</a> Mater. Sci. Eng. B. 41, 152-156 (1996).</li><li>Rhodes, W. H., Kingery, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dislocation+Dependence+of+Cationic+Diffusion+in+SrTiO3.">Dislocation Dependence of Cationic Diffusion in SrTiO3.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 49 (10), 521-526 (1966).</li><li>Yamamoto, T., Hayashi, K., Ikuhara, Y., Sakuma, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grain+Boundary+Structure+and+Electrical+Properties+in+Nb-Doped+SrTiO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;+Bicrystals.">Grain Boundary Structure and Electrical Properties in Nb-Doped SrTiO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; Bicrystals.</a> Key Eng. Mater. 181-182, 225-230 (2000).</li><li>Fitting, L., Thiel, S., Schmehl, A., Mannhart, J., Muller, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subtleties+in+ADF+imaging+and+spatially+resolved+EELS:+A+case+study+of+low-angle+twist+boundaries+in+SrTiO3.">Subtleties in ADF imaging and spatially resolved EELS: A case study of low-angle twist boundaries in SrTiO3.</a> Ultramicroscopy. 106 (11-12), 1053-1061 (2006).</li><li>Hughes, L. A., van Benthem, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+SrTiO3+bicrystals+using+spark+plasma+sintering+techniques.">Formation of SrTiO3 bicrystals using spark plasma sintering techniques.</a> Scr. Mater. 118, 9-12 (2016).</li></ol>

We have nothing to disclose.

وقد تم اختيار درجة الحرارة الترابط من 1200 درجة مئوية إلى تحقيق أقصى قدر من نشر مثل التغييرات الطفيفة في درجة الحرارة يمكن أن تؤثر بشكل كبير على حركية جميع آليات نشر الترابط. وعند درجة حرارة 1200 درجة مئوية هي خارج هش-الدكتايل نطاق درجة حرارة التحول من STO. ومع ذلك، خضعت عين...

<html> تلبد شرارة البلازما (SPS) هو أسلوب في التطبيق الذي من الضغط أحادي المحور عالية ويؤدي التيار المباشر نابض إلى التكثيف السريع من مسحوق المواثيق 1. يؤدي هذا الأسلوب أيضا إلى تشكيل الناجح لهياكل المركب من مواد مختلفة، بما في ذلك نيتريد السيليكون / كربيد السيليكون، الزركونيوم بوريد / كربيد السيليكون، أو كربيد السيليكون، مع عدم وجود مساعدات تلبد الإضافية المطلوبة 2، 3، 4، 5. تركيب هذه الهياكل المركبة التي كتبها التقليدية الساخنة الملحة قد تطعن في الماضي. في حين تطبيق الضغط أحادي المحور عالية ومعدل التسخين السريع عبر تقنية SPS يعزز توطيد المساحيق والمواد المركبة، وهذه الظاهرة تسبب هذا التكثيف تعزيز نوقشت في الأدب 2، 3،الطبقة = &quot;XREF&quot;&gt; 6 و 7. هناك أيضا موجود سوى معلومات محدودة بشأن تأثير المجالات الكهربائية على تشكيل الحدود الحبوب وما ينتج عنه من هياكل ذرية من النوى الحدود الحبوب 8 و 9. هذه الهياكل الأساسية التي تحدد الخصائص الفنية للمواد متكلس الصحة والصحة النباتية، بما في ذلك انهيار الكهربائية من المكثفات عالية الجهد والقوة الميكانيكية والمتانة أكاسيد السيراميك 10. ولذلك، فهم بنية الحدود الحبوب الأساسية بوصفها وظيفة من المعلمات معالجة الصحة والصحة النباتية، مثل التيار تطبيقها، من الضروري للتلاعب من الخصائص الفيزيائية الشاملة للمادة. أسلوب واحد لتوضيح منهجية الآليات الفيزيائية الأساسية التي تقوم عليها الصحة والصحة النباتية هو تشكيل هياكل الحدود الحبوب محددة، أي bicrystals. يتم إنشاء bicrystal عن طريق التلاعب اثنين من البلورات، والتي هي ثم diffuسيون المستعبدين مع misorientation محددة زوايا 11. يوفر هذا الأسلوب بطريقة مسيطر عليها للتحقيق في الهياكل الأساسية الحدود الحبوب الأساسية بوصفها وظيفة من المعلمات معالجة، وتركيز إشابة، وفصل الشوائب 12 و 13 و 14. نشر الترابط يعتمد على أربعة معايير: درجة الحرارة والوقت والضغط وجو الترابط 15. التقليدية الرابطة نشر تيتانات السترونتيوم (SrTiO 3، STO) bicrystals عادة يحدث عند ضغط أقل من 1 ميجا باسكال، ضمن درجات حرارة تتراوح بين 1،400-1،500 درجة مئوية، وجداول زمنية تتراوح ما بين 3 إلى 20 ساعة 13 و 14 و 16 و 17. في هذه الدراسة، ويتحقق الترابط في جهاز الصحة والصحة النباتية في أقل من ذلك بكثير موازين الحرارة والوقت في جomparison للطرق التقليدية. بالنسبة للمواد الكريستالات، وانخفاض درجة الحرارة والجداول الزمنية عن طريق الصحة والصحة النباتية يحد بشكل كبير نمو الحبوب، وبالتالي توفير تحكم فائدة من خصائص المواد عن طريق التلاعب المجهرية لها. جهاز الصحة والصحة النباتية، لعينة 5 × 5 مم 2، يمارس ضغط الحد الأدنى من 140 ميجا باسكال. في نطاق درجات الحرارة نشر الروابط التقليدية، هوت آخرون. تقرير كسر فوري من STO عندما يتجاوز الضغط الترابط 10 ميجا باسكال (18). ومع ذلك، STO يسلك سلوك درجة حرارة اللدونة التابعة، مما يشير إلى الضغط الترابط يمكن أن يتجاوز 10 ميجا باسكال عند درجة حرارة معينة. فوق 1200 درجة مئوية، وأقل من 700 درجة مئوية، STO يسلك بعض ليونة، والذي يؤكد أكثر من 120 ميجا باسكال يمكن تطبيقها دون كسر فوري من العينة. ضمن نطاق درجة حرارة متوسطة من 700-1،200 درجة مئوية، STO هو هش والخبرات كسر فوري في الصورةتريس أكبر من 10 ميجا باسكال. في 800 درجة مئوية، STO ديه التشوه البسيط قبل كسر في ضغوط أقل من 200 ميجا باسكال 19، 20، 21. وبالتالي، ودرجات الحرارة الرابطة لتشكيل STO bicrystal عبر جهاز الصحة والصحة النباتية يجب أن يتم اختيارها وفقا لسلوك اللدونة للمادة.

<table><tbody><tr><td>Strontium titanate single crystal (100)</td><td>MTI Corporation</td><td>STOa101005S1-JP</td><td></td></tr><tr><td>Buffered oxide etch, hyrofluoric acid 6:1</td><td>JT Baker</td><td>&amp;nbsp;MBI 1178-03</td><td></td></tr><tr><td>Scanning electron microscope (SEM)</td><td>FEI</td><td>Model: 430 NanoSEM</td><td></td></tr><tr><td>SPS apparatus&amp;nbsp;</td><td>Sumitomo Coal Mining Co</td><td>Model: Dr. Sinter 5000 SPS Apparatus</td><td></td></tr><tr><td>High Temperature Furnace</td><td>Thermolyne</td><td>Model: 41600</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic Cleaner</td><td>Bransonic</td><td>Model: 221</td><td></td></tr><tr><td>Mechanical polisher</td><td>Allied High Tech Products</td><td>15-2100-TEM</td><td></td></tr><tr><td>Diamond lapping film</td><td>3M</td><td>660XV</td><td>1 &amp;#956;m to 9 &amp;#956;m Grit Size</td></tr><tr><td>Diamond lapping film</td><td>3M</td><td>661X</td><td>0.5 &amp;#956;m to 0.1 &amp;#956;m Grit Size</td></tr><tr><td>Colloidal silica</td><td>Allied High Tech Products</td><td>180-20000</td><td>0.05 &amp;#956;m Grit Size</td></tr><tr><td>Sputter coater</td><td>QuorumTech</td><td>Model: Q150RES</td><td></td></tr><tr><td>Focused ion beam (FIB) instrument&amp;nbsp;</td><td>FEI</td><td>Model: Scios dual-beamed focused ion beam (FIB) instrument&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Nanomill TEM specimen preparation system</td><td>Fischione Instruments</td><td>Model: 1040</td><td></td></tr><tr><td>Transmission electron microscope (TEM)&amp;nbsp;</td><td>JEOL</td><td>Model: JEM2500 SE&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Scanning transmission electron microscope (STEM)</td><td>FEI</td><td>Model: TEAM 0.5&amp;nbsp;</td><td></td></tr></tbody></table>

spark plasma sintering apparatus used for the formation of strontium titanate bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

كانت درجة الحرارة الترابط، والوقت، وزاوية misorientation كل المتغيرة لتحديد المعايير المثلى اللازمة لتحقيق أقصى قدر ممكن جزء اجهة المستعبدين من bicrystal STO (الجدول 1). اعتبر واجهة &quot;الرهينة&quot; عندما كان الحدود الحبوب غير مرئية خلال SEM التصوير (ا...

Watch this Scientific Journal Video about Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals at JoVE.com

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

سبارك البلازما التكلس جهاز يستخدم لتشكيل سترونتيوم تيتانات Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

spark-plasma-sintering-apparatus-used-for-formation-strontium

Research

JoVE Journal

Engineering

9.8K Views.  University of California, Davis. A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed. 

Video: Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

تلفيق من أكاسيد مجمع المحصورة مكانيا

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

قوالب المعرفة بالذرة لالفوقي النمو من أكسيد مجمع الأغشية الرقيقة

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Chemistry

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma sintering techniques. Polycrystalline ceramics possessing a unique morphology can be achieved by optimizing the process parameters, particularly spark plasma sintering heating rate. The phase and morphology of the synthesized ceramics were investigated in detail using X-ray diffraction, scanning electron microcopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. It was observed that the grains of these bulk Pr-doped SrTiO3 ceramics were enhanced with Pr-rich grain boundaries. Electronic and thermal transport properties were also investigated as a function of temperature and doping concentration. Such a microstructure was found to give rise to improved thermoelectric properties. Specifically, it resulted in a significant improvement in carrier mobility and the thermoelectric power factor. Simultaneously, it also led to a marked reduction in the thermal conductivity. As a result, a significant improvement (> 30%) in the thermoelectric figure of merit was achieved for the whole temperature range over all previously reported maximum values for SrTiO3-based ceramics. This synthesis demonstrates the steps for the preparation of bulk polycrystalline ceramics of non-uniformly Pr-doped SrTiO3.

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

A protocol for the synthesis and processing of polycrystalline SrTiO3 ceramics doped non-uniformly with Pr is presented along with the investigation of their thermoelectric properties.

توليف غير موحد العلاقات العامة مخدر SrTiO<sub&gt; 3</sub&gt; سيراميك وخصائص الحرارية منها

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and conformality by taking advantage of self-limiting reactions between vapor-phase precursors and the growing film. Perovskite oxides present potential for next-generation electronic materials, but to-date have mostly been deposited by physical methods. This work outlines a method for depositing SrTiO3 (STO) on germanium using ALD. Germanium has higher carrier mobilities than silicon and therefore offers an alternative semiconductor material with faster device operation. This method takes advantage of the instability of germanium's native oxide by using thermal deoxidation to clean and reconstruct the Ge (001) surface to the 2&#215;1 structure. 2-nm thick, amorphous STO is then deposited by ALD. The STO film is annealed under ultra-high vacuum and crystallizes on the reconstructed Ge surface. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) is used during this annealing step to monitor the STO crystallization. The thin, crystalline layer of STO acts as a template for subsequent growth of STO that is crystalline as-grown, as confirmed by RHEED. In situ X-ray photoelectron spectroscopy is used to verify film stoichiometry before and after the annealing step, as well as after subsequent STO growth. This procedure provides framework for additional perovskite oxides to be deposited on semiconductors via chemical methods in addition to the integration of more sophisticated heterostructures already achievable by physical methods.

This work details the procedures for the growth and characterization of crystalline SrTiO3 directly on germanium substrates by atomic layer deposition. The procedure illustrates the ability of an all-chemical growth method to integrate oxides monolithically onto semiconductors for metal-oxide semiconductor devices.

الفوقي نمو Perovskite سترونتيوم تيتانات على الجرمانيوم عن طريق ترسب طبقة الذري

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

تصنيع درجة الحرارة عالية من ذات البنية النانومترية اليتريا-استقرت-زركونيا (YSZ) السقالات من قبل<em&gt; في الموقع</em&gt; الكربون النموذجيه Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide electronics community. One of its hallmark features is the existence of a critical LAO thickness of 4 unit-cells (uc) for interfacial conductivity to emerge. Although electrostatic mechanisms have been proposed in the past to describe the existence of this critical thickness, the importance of chemical defects has been recently accentuated. Here, we describe the growth of metal/LAO/STO heterostructures in an ultra-high vacuum (UHV) cluster system combining pulsed laser deposition (to grow the LAO), magnetron sputtering (to grow the metal) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We study step by step the formation and evolution of the q2DES and the chemical interactions that occur between the metal and the LAO/STO. Additionally, magnetotransport experiments elucidate on the transport and electronic properties of the q2DES. This systematic work not only demonstrates a way to study the electrostatic and chemical interplay between the q2DES and its environment, but also unlocks the possibility to couple multifunctional capping layers with the rich physics observed in two-dimensional electron systems, allowing the fabrication of new types of devices.

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

We fabricate metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures using a combination of pulsed laser deposition and in situ magnetron sputtering. Through magnetotransport and in situ X-ray photoelectron spectroscopy experiments, we investigate the interplay between electrostatic and chemical phenomena of the quasi two-dimensional electron gas formed in this system.

النمو والخصائص الكيميائية الكتروستاتي للمعدن/ﻻلو3/SrTiO3 هيتيروستروكتوريس

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Chemical Synthesis of Porous Barium Titanate Thin Film and Thermal Stabilization of Ferroelectric Phase by Porosity-Induced Strain

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its well-balanced ferroelectricity, piezoelectricity, and dielectric constant. In addition, BT does not contain any toxic elements. Therefore, it is considered to be an eco-friendly material, which has attracted considerable interest as a replacement for lead zirconate titanate (PZT). However, bulk BT loses its ferroelectricity at approximately 130 &#176;C, thus, it cannot be used at high temperatures. Because of the growing demand for high-temperature ferroelectric materials, it is important to enhance the thermal stability of ferroelectricity in BT. In previous studies, strain originating from the lattice mismatch at hetero-interfaces has been used. However, the sample preparation in this approach requires complicated and expensive physical processes, which are undesirable for practical applications.
In this study, we propose a chemical synthesis of a porous material as an alternative means of introducing strain. We synthesized a porous BT thin film using a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles were used as an organic template. Through a series of studies, we clarified that the introduction of pores had a similar effect on distorting the BT crystal lattice, to that of a hetero-interface, leading to the enhancement and stabilization of ferroelectricity. Owing to its simplicity and cost effectiveness, this fabrication process has considerable advantages over conventional methods.

Here, we present a protocol for the synthesis of porous barium titanate (BaTiO3) thin film by a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles are used as an organic template.

التوليف الكيميائي الفيلم رقيقة تيتانات باريوم المسامية والاستقرار الحراري للمرحلة فيرويليكتريك من الإجهاد الناجم عن المسامية

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its ...

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with diverse customization options and favorable production methods is increasing continuously. With fused filament fabrication (FFF), it is possible to produce large and complex components quickly with high material efficiency. In FFF, a continuous thermoplastic filament is melted in a heated nozzle and deposited below. The computer-controlled print head is moved in order to build up the desired shape layer by layer. Investigations regarding printing of metals or ceramics are increasing more and more in research and industry. This study focuses on additive manufacturing (AM) with a multi-material approach to combine a metal (stainless steel) with a technical ceramic (zirconia: ZrO2). Combining these materials offers a broad variety of applications due to their different electrical and mechanical properties. The paper shows the main issues in preparation of the material and feedstock, device development, and printing of these composites.

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

This study shows multi-material additive manufacturing (AM) using fused filament fabrication (FFF) of stainless steel and zirconia.

تصنيع خيوط تنصهر (FFF) من مكونات معدنية-السيراميك

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with ...

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (Cu variant) entropy-stabilized oxides. Phase pure and chemically homogeneous (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (x = 0.20, 0.27, 0.33) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (x = 0.11, 0.27) ceramic pellets are synthesized and used in the deposition of ultra-high quality, phase pure, single crystalline thin films of the target stoichiometry. A detailed methodology for the deposition of smooth, chemically homogeneous, entropy-stabilized oxide thin films by pulsed laser deposition on (001)-oriented MgO substrates is described. The phase and crystallinity of bulk and thin film materials are confirmed using X-ray diffraction. Composition and chemical homogeneity are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The surface topography of thin films is measured with scanning probe microscopy. The synthesis of high quality, single crystalline, entropy-stabilized oxide thin films enables the study of interface, size, strain, and disorder effects on the properties in this new class of highly disordered oxide materials.

The synthesis of high quality bulk and thin film (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O entropy-stabilized oxides is presented.

السائبة وتوليف رقيقة أكاسيد استقرت الانتروبيا شكل تركيبي البديل

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and ...

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 (STO) Single-crystal Substrates

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio frequency (RF) magnetron sputtering. LSMO nanoparticles were deposited with diameters from 10 to 20 nm and heights between 20 and 50 nm. At the same time, (Gd) Ba2Cu3O7&#8722;&#948; ((Gd) BCO) films were fabricated on both undecorated and LSMO nanoparticle decorated STO substrates using RF magnetron sputtering. This report also describes the properties of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 quasi-bilayer films structures (e.g., crystalline phase, morphology, chemical composition); magnetization, magneto-transport, and superconducting transport properties were also evaluated.

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½ Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

Here, we present a protocol to grow LSMO nanoparticles and (Gd) BCO films on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio frequency (RF)-sputtering.

تردد الراديو ماغي اﻷخرق جدبا2Cu3س7−δ/La0.67ريال0.33منو3 بلير شبه أفلام على ركائز واحدة-كريستال3 (ستو) سرتيو

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

سبارك البلازما التكلس جهاز يستخدم لتشكيل سترونتيوم تيتانات Bicrystals

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

تلفيق من أكاسيد مجمع المحصورة مكانيا

قوالب المعرفة بالذرة لالفوقي النمو من أكسيد مجمع الأغشية الرقيقة

توليف غير موحد العلاقات العامة مخدر SrTiO

الفوقي نمو Perovskite سترونتيوم تيتانات على الجرمانيوم عن طريق ترسب طبقة الذري

تصنيع درجة الحرارة عالية من ذات البنية النانومترية اليتريا-استقرت-زركونيا (YSZ) السقالات من قبل

النمو والخصائص الكيميائية الكتروستاتي للمعدن/ﻻلو₃/SrTiO₃ هيتيروستروكتوريس

التوليف الكيميائي الفيلم رقيقة تيتانات باريوم المسامية والاستقرار الحراري للمرحلة فيرويليكتريك من الإجهاد الناجم عن المسامية

تصنيع خيوط تنصهر (FFF) من مكونات معدنية-السيراميك

السائبة وتوليف رقيقة أكاسيد استقرت الانتروبيا شكل تركيبي البديل

تردد الراديو ماغي اﻷخرق جدبا₂Cu₃س₇₋_δ/La_0.67ريال_0.33منو₃ بلير شبه أفلام على ركائز واحدة-كريستال₃ (ستو) سرتيو