Este trabalho foi apoiado pelo Reino Unido Engenharia e Ciências Físicas Research Council sob número de concessão EP/G065640/1 e pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA sob número de concessão DMR-0908767 [ML e LHL] e número de concessão DMR-0907007 [DH].

Neste protocolo, filmes finos de a liga Ferh ordenou são feitas com dc-pulverização catódica em MgO (001) substratos. As amostras são cultivadas num campo magnético de cerca de 200 Oe fornecido por um conjunto de íman permanente, o qual é utilizado para definir uma anisotropia magnética no plano. O diâmetro do alvo é de 50 mm e a distância entre o alvo e os substratos é de cerca de 10 cm. Para crescer Ferh, um Torus arma magnetron dc magnético adequado para materiais magnéticos é usado. Os aquecedores são lâmpadas posicionadas 2 cm acima dos substratos e rodeado por um cilindro de metal para manter o volume aquecido pequena. A temperatura máxima possível neste sistema é de aproximadamente 1.050 K. Este sistema é capaz de realizar 24 diferentes substratos, no entanto, que normalmente crescem menos de 10 ao fazer amostras epitaxiais devido a limitações de tempo. Os detalhes aqui apresentados para este protocolo de preparação da amostra são conhecidos por funcionar bem em nosso sistema de vácuo. Como existem muitos sistemas de vácuo equivalentes que diferem em seus detalhess, os requisitos para os parâmetros quantitativos, tais como temperatura, tempo, etc. bem pode assumir diferentes valores ótimos em outros sistemas. No entanto, a descrição abaixo provará um guia útil para o leitor. No protocolo detalhado a seguir, assume-se que o leitor está familiarizado com os conceitos básicos de boas práticas de vácuo, tais como o uso de luvas para lidar com todos os componentes que entrarão na câmara de vácuo [ver, por exemplo, referência 26]. 1. E preparação do substrato alvo Esta secção descreve a preparação da câmara de deposição por pulverização e os substratos individuais MgO cristal. <ol><li> Lavar as (001) substratos de MgO em isopropanol e montá-los nos suportes de substrato. Carregar estes para dentro da câmara de vácuo. </li><li> Monte o alvo Ferh na arma magnetron e remontar a arma. Para obter uma amostra com uma composição equiatomic, verificou-se que um alvo com Fe 47Rh 53 é mais adequado, obtendo-se a transição de fase clara magnetostructural. Teste de que não existe um curto-circuito entre o magnetrão e a blindagem circundante. De modo semelhante, preparar qualquer um alvo (s) a ser usada para as camadas de nivelamento. </li><li> Feche a câmara de vácuo e bombeá-lo para baixo. </li><li> Uma vez que o vácuo é melhor do que 1 x 10 -6 Torr, aquecer os substratos até 870 K. monitor a taxa de nível de vácuo e aquecimento para assegurar que a pressão não sobe acima desse nível. Manter a esta temperatura durante a noite. </li><li> Uma hora antes de iniciar o crescimento, começam a fluir através de nitrogênio líquido a armadilha Meissner. O vácuo deve melhorar para melhor do que 4 x 10 -7 Torr. </li><li> Defina o controlador de fluxo de massa para 65 sccm de fluxo de gás de trabalho. O gás de descarga eléctrica é Ar, com 4% de hidrogénio para evitar a oxidação da amostra durante o crescimento. Abra a válvula de fluxo de gás. A pressão na câmara deve subir para a faixa de baixa mTorr. </li><li> Antes do crescimento, pré-arranhar o alvo para Ferh1200 segundos a 30 W. </li></ol> 2. Epilayer Deposição Esta seção descreve a deposição da camada Ferh por dc-pulverização catódica. <ol><li> Ajuste o ponto de o controlador de fluxo de massa conjunto para dar uma pressão da câmara de 4 x 10 -3 Torr. Permitir que a pressão de se contentar com um valor estável. </li><li> Verificar que a temperatura do substrato permanece a 870 K e é estável. </li><li> Ligue o magnetron para produzir uma taxa de deposição total de 0,4 Å / s. Em câmaras equipadas com um monitor de cristal de quartzo, o que pode ser feito usando o monitor que, se adequadamente calibrado. Se a câmara não tem um monitor de cristal de quartzo, as medições da espessura de pós-de crescimento pode ser útil, bem como um nível elevado de reprodutibilidade entre corridas. </li><li> Abrir o obturador e depositar Ferh sobre o substrato aquecido durante um período de tempo adequado para se obter a espessura desejada. Por exemplo, um 500 seg deposição vai produzir uma amostra de 20 nm de espessura. &lt;/ Li&gt; <li> Feche o obturador. </li><li> Desligue a energia para o magnetron. </li><li> Feche a válvula de gás. </li><li> Aumentar a temperatura da amostra a 970 K. Manter as amostras a esta temperatura durante uma hora. A pressão deve permanecer mais do que 1 x 10 -6 Torr durante todo. Os efeitos da variação desta temperatura de recozimento pode ser encontrada em De Vries et al. 20 </li><li> Desligue a energia do aquecedor e resfriar as amostras à temperatura ambiente. Neste sistema, isso leva pelo menos três horas. </li><li> Depositar qualquer camada de nivelamento requerido, utilizando passos semelhantes aos passos 2,1-2,7. Depositar a camada de nivelamento, a uma temperatura inferior a ~ 370 K é essencial para evitar a interdifusão na camada Ferh 27. </li><li> Alivie a câmara com nitrogênio seco, abra-o e retire as amostras. Eles devem aparecer brilhante e brilhante. </li></ol> 3. Rotina Caracterização pós-crescimento Esta seção fornece uma visão geral do characterizati básicoem etapas realizadas na maioria das nossas amostras Ferh. Como existem muitos métodos equivalentes possíveis para fazer essas medições, a natureza das descrições aqui são menos detalhadas e prescritivo, e sim se concentrar nas características essenciais de tais medidas. <ol><li> Realizar um baixo ângulo Χ-ray varredura refletividade para determinar a espessura da amostra. Monte a amostra no difratômetro e alinhá-lo em ω com o ângulo detector 2 θ ≈ 1 °. Se estiver disponível, χ também devem ser alinhados. Executar um padrão θ-2θ varredura com θ correndo de 0 ° até que o nível de ruído do aparelho é atingida, geralmente uma vez θ ≥ 6 ° para uma amostra de boa qualidade. Limpar Kiessig (interferência de película fina) franjas deve estar visível, a partir do qual a espessura epilayer pode ser determinada. </li><li> Realizar um alto ângulo Χ-ray varredura difração para determinar o grau de ordem química. Este pode ser o carroried com a amostra ainda montado no difractómetro do passo 3.1. O pico do substrato de MgO deve ser encontrado (em 2 θ = 42,9 °, se a radiação Cu K α é usado) e a amostra novamente alinhada no ω. Mais uma vez, executar um θ -2 θ, cobrindo pelo menos na faixa de 12,5 ° &lt;θ &lt;62,5 ° (novamente assumindo a radiação α Cu K), de modo que tanto o Ferh (001) e (002) picos, bem como o pico do substrato, são capturadas. </li><li> Realizar uma medição da dependência da temperatura da resistividade amostra para determinar a temperatura de transição. Adicione contactos eléctricos para a amostra de tal modo que uma medição de 4 pontos padrão pode ser feito para evitar os problemas de resistência de contacto. Se um método dc está sendo usado, fazer medições para frente e para trás sentidos atuais e as resistências em média, a fim de nulo de desconto em qualquer fem térmica gerada em temperaturas elevadas. Em seguida, coloque a amostra em um cont temperaturarolou fase quente (no set-up do palco está em uma pequena câmara de alto vácuo bombeado-turbo para ter a certeza de evitar qualquer oxidação) e medir a resistência em função da temperatura no aquecimento e resfriamento para que varre qualquer histerese a primeira ordem de transição de fase magnetostructural pode ser determinada. </li></ol>

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B. 80, 174413 (2009).</li><li>Saerbeck, 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=Artificially+modulated+chemical+order+in+thin+films:+A+different+approach+to+create+ferro/antiferromagnetic+interfaces.">Artificially modulated chemical order in thin films: A different approach to create ferro/antiferromagnetic interfaces.</a> Phys. Rev. B. 82, 134409 (2010).</li></ol>

Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.

Aqui demonstramos que este método pode ser usado para preparar amostras de epilayer Ferh de boa qualidade cristalográfica e um elevado grau de ordenação química B2. O método é adequado para a preparação de uma grande variedade de camadas epitaxiais metálicos, incluindo ligas encomendados. Enquanto se têm usado liga Ferh ordenou-B2 aqui como um exemplo, uma vez que mostra uma transição de fase dramática quando a estequiometria está correcta e ordenação químico está presente, este método também pode ser utilizado para outros materiais. Por exemplo, tanto FePd e FePt ter L1 0 fases, que leva a uma forte anisotropia magnetocristalina uniaxial. Temos crescido com sucesso esse material no passado, mostrando resistência da parede de domínio na FePt 8, e grandes efeitos Salão anômalos em ambos FePd e FePt 10. Com um ajustamento adequado de temperaturas de crescimento e as taxas e uma escolha adequada do substrato, este método deve ser útil para a preparação de uma grande variedade de diferençasrente epilayers metais magnéticos e não magnéticos que exibem ordem química. No entanto, uma limitação desta abordagem é a necessidade de um único substrato de cristal de alcançar epitaxia. Isso significa que as dificuldades serão encontradas na realização de experimentos como o plano-view eletrônica de transmissão ou microscopia de raios-X ou a integração em uma tecnologia construída sobre outra bolacha de substrato, como o quase onipresente Si. Um possível meio de contornar este problema é fazer crescer uma camada de MgO fina em que o Ferh pode então ser depositado. Isto pode produzir a textura para fora do plano que nucleia crescimento epitaxial local na parte superior de cada grão de MgO 37. Surpreendentemente, é possível fazer crescer uma camada de MgO fina que tem tanto (001), textura e alinhamento no plano cristalográfica sobre uma superfície amorfa, utilizando um método com um feixe de iões auxiliar arma que é orientada a 45 ° em relação ao substrato normal de 38. Isto pode permitir o crescimento de ordenou-B2 Ferh sobre, por exemplo elétrons ou raios-X transparent Si 3 N 4 membranas, que são capazes de sobreviver às temperaturas elevadas de crescimento requeridas no protocolo, ou sobre a camada de óxido nativo de uma bolacha de Si. Refinamentos do método incluem a utilização de subcamadas ordenou-B2, tais como NiAl 39, para promover B2-ordenação na epilayer Ferh quando ele é ultra-fino, ou a sua utilização para a construção heteroestructuras envolvendo várias camadas quimicamente regulado 37. Desde Ferh pode ser dopado no local Rh para ajustar a transição T T acima da temperatura (por exemplo, através de infravermelhos 40, 41 ou Pt 40, 42) ou para baixo (por exemplo, usando Au 40, 27 ou Pd 40, 43), a criação de dopagem perfis em camadas Ferh pode levar a perfis magnéticos concebidos em que a amostra é aquecida e arrefecida. Isso abre um caminho para a geração de estratificação puramente magnético de um epilayer de uma forma controlável 44.

O paradigma central da indústria da microelectrónica é o método de transformação planar: a deposição sequencial e padronização de filmes finos sobre a superfície de uma pastilha de material de substrato. Muito frequentemente, o substrato é um cristal único, e os filmes precisam ser epitaxial, ou seja, no registo de cristais com o substrato subjacente. Com materiais semicondutores, este normalmente é conseguida usando epitaxia de feixe molecular (MBE) em um laboratório definição 1 ou metalorgânicos epitaxia de fase vapor (MOVPE) na fabricação de 2. Embora o crescimento epitaxial de metais por MBE é possível, eles são facilmente depositadas por pulverização catódica, e este é o método mais comum para a deposição de filmes finos em ambos magnéticos pesquisa e instalações industriais. Enquanto este método é comumente associada com o crescimento de películas policristalinas, crescimento epitaxial sobre um único substrato de cristal é possível, em determinadas condições <sup&gt; 3. Estas incluem, geralmente, uma elevação da temperatura do substrato (pelo menos para as camadas iniciais), uma velocidade de deposição lenta, e uma baixa pressão de base da câmara de vácuo. Esta abordagem tem sido usada para preparar os materiais magnetorresistência gigante multicamadas 4, 5, por exemplo. No nosso próprio laboratório, temos usado epitaxial pulverização para preparar uma variedade de materiais magnéticos em substratos de cristal único. Tem sido possível crescer epilayers liga CofE em GaAs (001), por exemplo, pela escolha da composição Co 70 30 Fe combinados-estrutura 6. Este material é uma solução sólida, onde os átomos de Co e de Fe preencher aleatoriamente os sítios da rede cco. Nós também têm crescido quimicamente ordenou ligas magnéticas, onde as diferentes espécies atômicas são necessárias para ocupar determinados sites de treliça. O protocolo de crescimento que deve descrever aqui foi inicialmente desenvolvido para o crescimento da L1 0 ordenados FePd e FePt ligas, que são de interesse sesde que eles possuem uma elevada anisotropia magnetocristalina 7. Nós estudamos a relação entre spin-polarizados transporte balístico e difusão 8, 9 e do efeito Hall anômalo 10 nestes materiais, que são de qualidade comparável às camadas crescidas por MBE 11. Aqui vamos ilustrar o nosso método de crescimento epitaxial utilizando o exemplo do ordenado-B2 epilayers Ferh. Fe e Rh irá formar ligas em qualquer composição, no entanto, um composto ordenou-B2 é o estado de equilíbrio para estequiometrias no intervalo de quase equiatomic 49-53% Fe atômico 12. Este assim chamado α &quot;- é uma fase antiferromagnet (FA), que exibe uma transição de fase de primeira ordem no aquecimento, tornando-se um α &#39;fase ferromagnet (FM) em torno de T = 350 → 400K 13, 14, 15. Esta transição metamagnética entre os dois estados magnéticos diferentes, mas ambos totalmente ordenados (tipo II AF 16 e FM)é acompanhada por uma isotrópica 1% do volume de expansão na estrutura B2 17, 18, ​​uma grande entropia libertar 19, uma grande queda na resistividade 14, e um grande aumento na concentração de suporte 20. Neutron de difracção 21, 16 e, mais recentemente, XMCD 22 medições indicam que a parte do 3,3 μ B momento magnético centrado sobre o Fe na fase AF é transferido para o Rh na fase FM, com μ Fe ~ 2,2 μ B e μ Rh ~ 0,6 μ B. A temperatura de Curie para o FM α &#39;fase é de aproximadamente 670 K 14, comparável à temperatura de Curie das ligas com x&gt; 0,53 23. A temperatura de transição metamagnética T é altamente sensível para a composição × em Fe × Rh 1 - × 23, 24, e é suprimida pela ~ 8 K / t de aplicada fi magnéticoeld 25, 15. Esta rica variedade de comportamento físico depende criticamente conseguir uma estrutura ordenada-B2 adequada e assim permite uma grande variedade de técnicas de medição a ser implantado para detectar ordenação químico apropriado em uma amostra, tornando-se um exemplo prático para demonstrar um método de cultivo de alta qualidade ordenou epilayers liga.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Name of Reagent/Material</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sputter Deposition System</td>
			<td>Kurt J. Lesker Company</td>
			<td>Bespoke</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgO Single Crystal Substrate</td>
			<td>Pi-Kem</td>
			<td>Single-sided epi-polished</td>
			<td>(001) orientation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FeRh sputtering target</td>
			<td>Pi-Kem</td>
			<td>Bespoke</td>
			<td>50 mm diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Transmission Electron Microscope</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Tecnai TF20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray Diffractometer</td>
			<td>Br&#252;ker</td>
			<td>D8 Discover</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SQUID Magnetometer</td>
			<td>Quantum Design</td>
			<td>MPMS-XL 5</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sputter growth and characterization of metamagnetic b2-ordered ferh epilayers

Ligas quimicamente ordenados são úteis em uma variedade de nanotecnologia magnética. Eles são mais convenientemente preparados a uma escala industrial utilizando técnicas de pulverização. Aqui nós descrevemos um método para preparação de filmes finos epitaxiais de ordenou-B2 Ferh por deposição por pulverização catódica em substratos de MgO único cristal. Deposição em um ritmo lento em um substrato aquecido dá tempo para os adátomos tanto para estabelecer-se em uma rede com uma relação epitaxial bem definido com o substrato e também para encontrar seus devidos lugares nas sublattices Fe e Rh da estrutura B2. A estrutura está convenientemente caracterizada com reflectometria de raio-X e difração e pode ser visualizado diretamente usando micrografia eletrônica de transmissão secções transversais. Ordenou-B2 Ferh exibe uma transição de fase metamagnética invulgar: o estado fundamental é antiferromagnetic mas a liga se transforma em um ferromagneto no aquecimento, com uma temperatura normal de cerca de 380 K. transição Isto é acompanhado por um 1%expansão do volume da célula unitária: isotrópico a granel, mas lateralmente preso em um epilayer. A presença do estado fundamental e o associado antiferromagnetic transição de fase de primeira ordem é muito sensível para a estequiometria correcta e equiatomic ordenação B2 adequada, e portanto é um meio conveniente para demonstrar a qualidade das camadas que podem ser depositadas com esta abordagem. Nós também dão alguns exemplos das várias técnicas pelas quais a mudança de fase pode ser detectada.

Nós preparamos muitas amostras Ferh acordo com este protocolo. Nesta seção, vamos mostrar os resultados típicos obtidos utilizando-se os procedimentos de caracterização mais comuns para uma seleção de amostras representativas. Resultados como estes são esperados para as amostras na faixa de 20-50 nm de espessura. Outros métodos que usamos para caracterizar o nosso material com mais profundidade incluem raios X dicroísmo magnético circular 28, pastagem incidência de raios-X de dispersão 29, e polarizado reflectometria de nêutrons 30. Estudamos também os efeitos do doping a liga com Au 27. Mais dados sobre as propriedades que podem ser esperados a partir desse material pode ser encontrado nesses relatos, e as referências nelas contidas. A estrutura de uma das nossas epilayers é mostrado em detalhe nas microfotografias electrónicas de transmissão mostrada na Figura 1. A secção transversal da amostra foi preparada pela tecnologia convencional e ondulações polimento iãonique-um método de preparação de amostras padrão (ver, por exemplo, Williams e Carter 31) - e observado usando um feixe de elétrons de 200 kV. A estrutura global da camada pode ser visto na Figura 1 (a). Neste caso, um Ferh película 30 nm foi crescido epitaxialmente sobre um substrato de MgO, seguido por uma camada de ~ 4 nm de Cr e um ~ 1 nm de espessura da camada de Al. (A camada de Cr foi incluído aqui para uma experiência em particular e não é necessário em geral). A rugosidade das interfaces Ferh / MgO e Ferh / Cr são de 0,6 nm e 2,8 nm, respectivamente, tal como medido a partir da imagem. Na Figura 1 (b) uma micrografia de alta resolução da interface de MgO / Ferh é mostrado. A relação epitaxial como confirmado a partir de difração de área selecionada é Ferh [100] (001) | | MgO [110] (001). A combinação da estrutura ao longo do interface demonstra a alta qualidade do crescimento epitaxial. Nós não mostramos os dados aqui, mas tenho usado dispersiva espectroscopia de raios-X de energia no TEM para verificar a composição em uma seleção de amostras:tem sido sempre equiatomic para dentro da incerteza da medida. Dados de reflectometria Χ-raios são mostrados na Figura 2 para um nominalmente de 25 nm de espessura Ferh epilayer cobertas com uma camada fina de Al policristalino. A medição foi realizada em um padrão de dois círculos difractómetro na geometria de Bragg-Brentano, utilizando radiação Cu K α (λ = 0,1541 nm), com um filtro de Ni para atenuar a radiação α K. As franjas Kiessig pronunciadas, que surgem a partir da interferência de feixes de raios-X que refletem as várias interfaces na pilha de camadas, indicam que essas interfaces são suaves e bem-correlacionados. A linha vermelha sólida mostra um ajuste para os dados que tem sido realizada utilizando o software GenX 32. Os melhores parâmetros de ajuste para a estrutura de camadas múltiplas são apresentados na Tabela 1. O facto de uma porção da camada de Al terá oxidado e auto-passivado uma vez que a amostra é exposta to ar é contabilizado no modelo. Dados de difracção de raios-Χ para a mesma amostra são mostrados na Figura 3, recolhidos no mesmo instrumento. A (002) reflexão do substrato MgO é forte e afiado o suficiente para apenas resolver o Cu K α 1e K α 2 linhas. As camadas Ferh mostra ambos (001) e (002) reflexões. Há alguns alargamento devido à espessura finita dos epilayer e gradientes de deformação. A (002) Ferh pico B2 é centrada em 2 θ = 61,3 ° ± 0,02, resultando em uma média de out-of-plane constante de rede de 3,02 ± 0,05 Å. É possível determinar o parâmetro de ordem química S da estrutura B2 Ferh das intensidades integradas relativas destes dois picos. Esta quantidade é definida como S = r + r Fe Rh -1, onde é a fração da Fé locais (RH) ocupados por Fe (Rh) átomos 33. Uma breve inspeção da fórmula mostra tchapéu quando r = r Fe Rh = 1 e a estrutura é perfeita, S = 1, enquanto que quando r = r Fe Rh = 0,5, de modo que todos os sítios da rede são ocupados aleatoriamente, S = 0. A razão é que, quando S = 0 a estrutura média local é cco, para os quais o factor de estrutura proíbe o (001) de reflexão, enquanto que quando R = 1 é a estrutura primitiva cúbico, para o qual a (001), a reflexão é permitido. Isto significa que, em termos práticos, <img alt="Equação 1" fo:content-width="2.5in" src="/files/ftp_upload/50603/50603eq1.jpg" width="230px" /> , Onde <img alt="Equação 2" fo:content-width=".2in" src="/files/ftp_upload/50603/50603eq2.jpg" width="20px" /> e <img alt="Equação 3" fo:content-width=".2in" src="/files/ftp_upload/50603/50603eq3.jpg" width="20px" /> são as intensidades experimentais e teóricos do (00 I) reflexão de Bragg, respectivamente 33. Para o cálculomento das intensidades teóricas os fatores de Debye-Waller de medidas EXAFS sobre Ferh foram usados ​​34. Neste caso, S = 0,855 ± 0,001, típico de uma película fina deste material pulverizado. A transição de fase metamagnética pode ser detectada de várias maneiras. Sua presença indica a estequiometria equiatomic correta e B2-ordenação da estrutura. A expansão da estrutura que acompanha a transição metamagnética pode ser detectada pela mudança da posição do pico de Bragg 27, no entanto, este requer um difractómetro com uma fase de aquecimento. Talvez o método mais óbvio é para detectar o aparecimento do momento ferromagnético quando a amostra é aquecida através de T. Isso pode ser feito usando qualquer temperatura magnetômetro dependente com sensibilidade suficiente, por exemplo, usando o efeito Kerr magneto-óptico ou um magnetômetro de amostra vibrante. Na Figura 4 mostramos oDependência da temperatura da magnetização M, medido usando um dispositivo de interferência supercondutores quântica (SQUID) magnetómetro. As medições foram efectuadas no intervalo de temperatura de 275-400 K, com uma velocidade de varrimento de temperatura de 2 K / min. A curva mostrada apresenta a esperada transição AF → FM (aquecimento) e transição FM → AF (refrigeração) com uma histerese térmica de 15 K. Esta medição foi feita em campo elevado (50 kOe) e obteve-se uma temperatura de transição de T ≈ 365 K. A temperatura de transição é dependente do campo, tal como um campo magnético mais elevado reduz a energia livre da fase FM com respeito à fase AF. Normalmente dT T / dH ≈ 0,8 mk / Oe 14,15, 27. Note-se que o momento magnético na fase de FA não está completamente zero, mas é algumas dezenas de emu / cm 3, em que em média sobre o volume da amostra total. Este momento reside nas regiões perto da interface do epilayer Ferh, que permanecem ferromagnetic (embora com uma magnetização reduzida) quando a massa da amostra se transforma na fase AF 28, 30. Uma maneira de detectar a transição que usa equipamentos mais simples e é frequentemente usado em nosso laboratório é fazer uma medição de transporte de elétrons. A medição é mais simples do ρ resistividade do filme, uma vez que ρ na fase FM é muito menor do que na fase AF 35, 36, 20. A dependência de temperatura de ρ para o mesmo 25 nm Ferh epilayer para o qual os dados de raios X foram mostrados está representada na Figura 5, medido utilizando um método de sonda de quatro pontos padrão: de mola, os pinos revestidos a ouro foram pressionados sobre a amostra superfície para entrar em contacto com a amostra, que foi montado em uma fase de aquecimento em uma pequena câmara de vácuo personalizada para evitar qualquer oxidação da amostra quando quente. Um linear, ρ metálico (T), a dependência é visto tanto em AF e fases de FM, mas há uma queda acentuada na resistivity entre os dois. A histerese visto na Figura 5 é uma das impressões digitais da fase de transição em curso magnetostructural e é um método conveniente para medir a temperatura de transição, que é dado pelo ponto mínimo no dρ / dT (mostrado na inserção da Figura 5). Outra propriedade de transporte facilmente medido, o efeito de Hall, também pode ser usado para confirmar a presença da transição, tal como existe uma grande diferença no coeficiente de salão entre as duas fases 20. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50603/50603fig1highres.jpg" width="600" /> Figura 1. Microscopia eletrônica de transmissão de uma epilayer Ferh sobre um substrato de MgO. (A) Imagem mostrando a estrutura da camada. O Ferh é de 30 nm de espessura com mais ~ 4 nm camada Cr e ~ 1 nm Al cap depositado no topo. A região amorfa na parte superior da i<html> mago é uma resina epóxi utilizado durante a seção de preparação de amostras. (b) Uma imagem de alta resolução da interface MgO Ferh. A correspondência epitaxial através da interface é visto aqui, ea relação associado, como foi confirmado a partir de difração de área selecionada, é Ferh [100] (001) | |. MgO [110] (001) <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50603/50603fig1highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver figura maior</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50603/50603fig2.jpg" width="600" /> Figura 2. De raios-X a partir de um espectro de reflectometria de 25 nm de espessura Ferh epilayer tampado com policristalino Al. A linha a cheio é um ajuste tal como descrito no texto, utilizando os parâmetros indicados no Quadro 1. A inserção mostra o perfil de densidade de comprimento de espalhamento associado a esse conjunto de parâmetros de ajuste.&quot;target =&quot; _blank g2highres.jpg &quot;&gt; Clique aqui para ver maior figura <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50603/50603fig3.jpg" width="500" /> Figura 3. De raios-X a partir de um espectro de difracção de 25 nm de espessura Ferh epilayer tampado com policristalino Al. A presença do (001) Ferh pico indica que B2 ordenação ocorreu. O parâmetro de ordem química é S = 0,855 ± 0,001, tal como determinado usando o método descrito no texto. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50603/50603fig3highres.jpg" target="_blank">clique aqui para ampliar figura</a> <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50603/50603fig4.jpg" width="500" /> Figura 4. Dependência da temperatura da magnetização M de 50 nm de espessura epilayer Ferh tampado com polycrystalAl linha. Estes dados foram tomadas com um campo de 50 kOe aplicado no plano do filme. A transição de temperatura T é visto como ~ 365 K, com uma largura de histerese de cerca de 15 K. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50603/50603fig4highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver maior figura</a> <img alt="Figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/50603/50603fig5.jpg" width="500" /> Figura 5. Dependência da temperatura da resistividade ρ de um nm camada espessa Ferh 25 tampado com Al. Inserir é o derivado de ρ em relação à temperatura T. A transição T T temperatura é visto como 447 K sobre o aquecimento para a fase FM e 375 K em refrigeração para a fase AF. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/50603/50603fig5highres.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver maior figura</a> <table border="1"><tbody><tr><td> Camada </td><td> Densidade (átomos / nm 3) </td><td> Espessura (nm) </td><td> Rugosidade (nm) </td></tr><tr><td> Al 2 O 3 da camada de passivação </td><td> 25,5 ± 0,9 </td><td> 2,18 ± 0,08 </td><td> 1,0 ± 0,1 </td></tr><tr><td> Al cap </td><td> 60,6 ± 0,6 </td><td> 0,91 ± 0,02 </td><td> 0,6 ± 0,2 </td></tr><tr><td> Ferh epilayer </td><td> 38,7 ± 0,3 </td><td> 25,09 ± 0,06 </td><td> 0,400 ± 0,002 </td></tr><tr><td> Substrato MgO </td><td> 53,4 ± 1,3 </td><td> ∞ </td><td> 0,1761 ± 0,0003 </td></tr></tbody></table> Tabela 1. Parâmetros de montagem para a reflectividade do espectro de raios-X apresentado na Figura 2, o que leva ao perfil de densidade de comprimento de espalhamento representada na inserção do que a Figura.

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Sputter Growth and Characterization of Metamagnetic B2-ordered FeRh Epilayers

Um método para preparar camadas epitaxiais de ligas ordenados por aspersão está descrito. O composto Ferh ordenados-B2 é usada como um exemplo, uma vez que apresenta uma transição metamagnética que depende sensivelmente o grau de ordem química e a composição exacta da liga.

Crescimento por pulverização catódica e Caracterização de metamagnética ordenou-B2 Ferh Epilayers

Chemically ordered alloys are useful in a variety of magnetic nanotechnologies. They are most conveniently prepared at an industrial scale using ...

sputter-growth-characterization-metamagnetic-b2-ordered-ferh

Research

JoVE Journal

Engineering

14.5K visualizações.  University of Leeds.  Um método para preparar camadas epitaxiais de ligas ordenados por aspersão está descrito. O composto Ferh ordenados-B2 é usada como um exemplo, uma vez que apresenta uma transição metamagnética que depende sensivelmente o grau de ordem química e a composição exacta da liga. 

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Simulation, Fabrication and Characterization of THz Metamaterial Absorbers

Metamaterials (MM), artificial materials engineered to have properties that may not be found in nature, have been widely explored since the first theoretical1 and experimental demonstration2 of their unique properties. MMs can provide a highly controllable electromagnetic response, and to date have been demonstrated in every technologically relevant spectral range including the optical3, near IR4, mid IR5 , THz6 , mm-wave7 , microwave8 and radio9 bands. Applications include perfect lenses10, sensors11, telecommunications12, invisibility cloaks13 and filters14,15. We have recently developed single band16, dual band17 and broadband18 THz metamaterial absorber devices capable of greater than 80% absorption at the resonance peak. The concept of a MM absorber is especially important at THz frequencies where it is difficult to find strong frequency selective THz absorbers19. In our MM absorber the THz radiation is absorbed in a thickness of ~ &lambda;/20, overcoming the thickness limitation of traditional quarter wavelength absorbers. MM absorbers naturally lend themselves to THz detection applications, such as thermal sensors, and if integrated with suitable THz sources (e.g. QCLs), could lead to compact, highly sensitive, low cost, real time THz imaging systems.

This protocol outlines the simulation, fabrication and characterization of THz metamaterial absorbers. Such absorbers, when coupled with an appropriate sensor, have applications in THz imaging and spectroscopy.

Fabricação de simulação, e Caracterização de THz Absorvedores de metamateriais

Metamaterials (MM),  artificial materials engineered to have properties that may not be found in  nature, have been widely explored since the first ...

Engenharia

Fabrication And Characterization Of Photonic Crystal Slow Light Waveguides And Cavities

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view and for its considerable potential for practical applications. Slow light photonic crystal waveguides, in particular, have played a major part and have been successfully employed for delaying optical signals1-4 and the enhancement of both linear5-7 and nonlinear devices.8-11
Photonic crystal cavities achieve similar effects to that of slow light waveguides, but over a reduced band-width. These cavities offer high Q-factor/volume ratio, for the realization of optically12 and electrically13 pumped ultra-low threshold lasers and the enhancement of nonlinear effects.14-16 Furthermore, passive filters17 and modulators18-19 have been demonstrated, exhibiting ultra-narrow line-width, high free-spectral range and record values of low energy consumption.
To attain these exciting results, a robust repeatable fabrication protocol must be developed. In this paper we take an in-depth look at our fabrication protocol which employs electron-beam lithography for the definition of photonic crystal patterns and uses wet and dry etching techniques. Our optimised fabrication recipe results in photonic crystals that do not suffer from vertical asymmetry and exhibit very good edge-wall roughness. We discuss the results of varying the etching parameters and the detrimental effects that they can have on a device, leading to a diagnostic route that can be taken to identify and eliminate similar issues.
The key to evaluating slow light waveguides is the passive characterization of transmission and group index spectra. Various methods have been reported, most notably resolving the Fabry-Perot fringes of the transmission spectrum20-21 and interferometric techniques.22-25 Here, we describe a direct, broadband measurement technique combining spectral interferometry with Fourier transform analysis.26 Our method stands out for its simplicity and power, as we can characterise a bare photonic crystal with access waveguides, without need for on-chip interference components, and the setup only consists of a Mach-Zehnder interferometer, with no need for moving parts and delay scans.
When characterising photonic crystal cavities, techniques involving internal sources21 or external waveguides directly coupled to the cavity27 impact on the performance of the cavity itself, thereby distorting the measurement. Here, we describe a novel and non-intrusive technique that makes use of a cross-polarised probe beam and is known as resonant scattering (RS), where the probe is coupled out-of plane into the cavity through an objective. The technique was first demonstrated by McCutcheon et al.28 and further developed by Galli et al.29

Use of photonic crystal slow light waveguides and cavities has been widely adopted by the photonics community in many differing applications. Therefore fabrication and characterization of these devices are of great interest. This paper outlines our fabrication technique and two optical characterization methods, namely: interferometric (waveguides) and resonant scattering (cavities).

Fabricação e caracterização de guias de onda de luz de cristal fotônico lentas e cavidades

Slow light has been one of the hot topics in the photonics community in the past decade, generating great interest both from a fundamental point of view ...

Design, Fabrication, and Experimental Characterization of Plasmonic Photoconductive Terahertz Emitters

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on photoconduction, which has been one of the most commonly used techniques for terahertz generation 1-8. Terahertz generation in a photoconductive emitter is achieved by pumping an ultrafast photoconductor with a pulsed or heterodyned laser illumination. The induced photocurrent, which follows the envelope of the pump laser, is routed to a terahertz radiating antenna connected to the photoconductor contact electrodes to generate terahertz radiation. Although the quantum efficiency of a photoconductive emitter can theoretically reach 100%, the relatively long transport path lengths of photo-generated carriers to the contact electrodes of conventional photoconductors have severely limited their quantum efficiency. Additionally, the carrier screening effect and thermal breakdown strictly limit the maximum output power of conventional photoconductive terahertz sources. To address the quantum efficiency limitations of conventional photoconductive terahertz emitters, we have developed a new photoconductive emitter concept which incorporates a plasmonic contact electrode configuration to offer high quantum-efficiency and ultrafast operation simultaneously. By using nano-scale plasmonic contact electrodes, we significantly reduce the average photo-generated carrier transport path to photoconductor contact electrodes compared to conventional photoconductors 9. Our method also allows increasing photoconductor active area without a considerable increase in the capacitive loading to the antenna, boosting the maximum terahertz radiation power by preventing the carrier screening effect and thermal breakdown at high optical pump powers. By incorporating plasmonic contact electrodes, we demonstrate enhancing the optical-to-terahertz power conversion efficiency of a conventional photoconductive terahertz emitter by a factor of 50 10.

We describe methods for the design, fabrication, and experimental characterization of plasmonic photoconductive emitters, which offer two orders of magnitude higher terahertz power levels compared to conventional photoconductive emitters.

Projeto, fabricação e Experimental Caracterização de plasmônicos Emissores Terahertz Photoconductive

In this video article we present a detailed demonstration of a highly efficient method for generating terahertz waves. Our technique is based on ...

Writing and Low-Temperature Characterization of Oxide Nanostructures

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions. Oxide interfaces exhibit a wide range of properties that can be controlled include conduction, piezoelectric behavior, ferromagnetism, superconductivity and nonlinear optical properties. Recently, methods for controlling these properties at extreme nanoscale dimensions have been discovered and developed. Here are described explicit step-by-step procedures for creating LaAlO3/SrTiO3 nanostructures using a reversible conductive atomic force microscopy technique. The processing steps for creating electrical contacts to the LaAlO3/SrTiO3 interface are first described. Conductive nanostructures are created by applying voltages to a conductive atomic force microscope tip and locally switching the LaAlO3/SrTiO3 interface to a conductive state. A versatile nanolithography toolkit has been developed expressly for the purpose of controlling the atomic force microscope (AFM) tip path and voltage. Then, these nanostructures are placed in a cryostat and transport measurements are performed. The procedures described here should be useful to others wishing to conduct research in oxide nanoelectronics.

Oxide nanostructures provide new opportunities for science and technology. The interfacial conductivity between LaAlO3 and SrTiO3 can be controlled with near-atomic precision using a conductive atomic force microscopy technique. The protocol for creating and measuring conductive nanostructures at LaAlO3/SrTiO3 interfaces is demonstrated.

Escrita e Caracterização baixa temperatura de óxido de Nanoestruturas

Oxide nanoelectronics is a rapidly growing field which seeks to develop novel materials with multifunctional behavior at nanoscale dimensions.  Oxide ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical Saturable Transitions (POST). In this technique the chemical properties of organic photochromic molecules that undergo single-photon reactions are exploited, enabling rapid top-down nanopatterning over large areas at low light intensities, thereby, allowing for the circumvention of the far-field diffraction barrier.4 Simple, cost-effective, high throughput and resolution alternatives to nanopatterning are being explored, such as, two-photon polymerization5,6, beam pen lithography (BPL)7, scanning electron beam lithography (SEBL), and focused ion beam (FIB) patterning. However, multi-photon approaches require high light intensities, which limit their potential for high throughput and offer low image contrast. Although, electron and ion beam lithographic processes offer increased resolution, the serial nature of the process is limited to slow writing speeds, which also prevents patterning of features over large areas. Beam-pen lithography is an approach towards parallel near-field optical lithography. However, the gap between the source of the beam and the surface of the photoresist needs to be controlled extremely precisely for good pattern uniformity and this is very challenging to accomplish for large arrays of beams. Patterning via Optical Saturable Transitions (POST) is an alternative optical nanopatterning technique for patterning sub-wavelength features1-3. Since this technique uses single photons instead of electrons, it is extremely fast and does not require high light intensities1-3, opening the door to massive parallelization.

We report that the diffraction limit of conventional optical lithography can be overcome by exploiting the transitions of organic photochromic derivatives induced by their photoisomerization at low light intensities.1-3 This paper outlines our fabrication technique and two locking mechanisms, namely: dissolution of one photoisomer and electrochemical oxidation.

Patterning via ópticos de saturação Transitions - Fabricação e caracterização

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic electrolyte, and an O2-breathing cathode. The aprotic electrolyte is a solution of lithium salt with aprotic solvent; and porous carbon is commonly used as the cathode substrate. To improve the performance, an electrocatalyst is deposited onto the porous carbon substrate by certain deposition methods, such as atomic layer deposition (ALD) and wet-chemistry reaction. The as-prepared cathode materials are characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), and X-ray absorption near edge structure (XANES). A Swagelok-type cell, sealed in a glass chamber filled with pure O2, is used for the electrochemical test on a battery test system. The cells are tested under either capacity-controlled mode or voltage controlled mode. The reaction products are investigated by electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectroscopy, and Raman spectroscopy to study the possible pathway of oxygen reduction reaction (ORR) and oxygen evolution reaction (OER). This protocol demonstrates a systematic and efficient arrangement of routine tests of the aprotic Li-O2 battery, including the electrochemical test and characterization of battery materials.

Protocol of Electrochemical Test and Characterization of Aprotic Li-O2 Battery

A protocol for the electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery with the preparation of electrodes and electrolytes and an introduction of the frequently used methods of characterization is presented here.

Protocolo de Eletroquímica Teste e Caracterização de aprótico Li-O<sub&gt; 2</sub&gt; bateria

We demonstrate a method for electrochemical testing of an aprotic Li-O2 battery. An aprotic Li-O2 battery is made of a Li-metal anode, an aprotic ...

Fabrication and Characterization of Superconducting Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors (MKIDs) for the detection of faint astrophysical signatures, as well as for quantum computing applications and materials characterization. In this paper, procedures are presented for the fabrication and characterization of thin-film superconducting microwave resonators. The fabrication methodology allows for the realization of superconducting transmission-line resonators with features on both sides of an atomically smooth single-crystal silicon dielectric. This work describes the procedure for the installation of resonator devices into a cryogenic microwave testbed and for cool-down below the superconducting transition temperature. The set-up of the cryogenic microwave testbed allows one to do careful measurements of the complex microwave transmission of these resonator devices, enabling the extraction of the properties of the superconducting lines and dielectric substrate (e.g., internal quality factors, loss and kinetic inductance fractions), which are important for device design and performance.

Superconducting microwave resonators are of interest for detection of light, quantum computing applications and materials characterization. This work presents a detailed procedure for fabrication and characterization of superconducting microwave resonator scattering parameters.

Fabricação e caracterização de supercondutores Resonators

Superconducting microwave resonators are of interest for a wide range of applications, including for their use as microwave kinetic inductance detectors ...

Production and Characterization of Vacuum Deposited Organic Light Emitting Diodes

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex donor-acceptor emitters is presented. With a step-by-step procedure, readers will be able to repeat and produce OLED devices based on simple organic emitters. A patterning procedure allowing the creation of personalized indium tin oxide (ITO) shape is shown. This is followed by the evaporation of all layers, encapsulation and characterization of each individual device. The end goal is to present a procedure that will give the opportunity to repeat the information presented in cited publication but also using different compounds and structures in order to prepare efficient OLEDs.

A protocol for the production of simple structured organic light-emitting diodes (OLEDs) is presented.

Produção e caracterização de vácuo depositaram diodos emissores de luz orgânico

A method for producing simple and efficient thermally-activated delayed fluorescence organic light-emitting diodes (OLEDs) based on guest-host or exciplex ...

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.

Crescimento e eletrostático química/Propriedades de Metal/LaAlO3/SrTiO3 estende

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

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

This article describes a procedure for growing Mg3N2 and Zn3N2 films by plasma-assisted molecular beam epitaxy (MBE). The films are grown on 100 oriented MgO substrates with N2 gas as the nitrogen source. The method for preparing the substrates and the MBE growth process are described. The orientation and crystalline order of the substrate and film surface are monitored by the reflection high energy electron diffraction (RHEED) before and during growth. The specular reflectivity of the sample surface is measured during growth with an Ar-ion laser with a wavelength of 488 nm. By fitting the time dependence of the reflectivity to a mathematical model, the refractive index, optical extinction coefficient, and growth rate of the film are determined. The metal fluxes are measured independently as a function of the effusion cell temperatures using a quartz crystal monitor. Typical growth rates are 0.028 nm/s at growth temperatures of 150 &#176;C and 330 &#176;C for Mg3N2 and Zn3N2 films, respectively.

Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Growth of Mg3N2 and Zn3N2 Thin Films

This article describes the growth of epitaxial films of Mg3N2 and Zn3N2 on MgO substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy with N2 gas as the nitrogen source and optical growth monitoring.

Crescimento Epitaxia do feixe molecular assistido por plasma de mg3n2 e Zn3n2 filmes finos

This article describes a procedure for growing Mg3N2 and Zn3N2 films by plasma-assisted molecular beam epitaxy (MBE). The films are grown on 100 oriented ...