Name: visualizing uniaxial-strain manipulation of antiferromagnetic domains in fe1+yte using a spin-polarized scanning tunneling microscope
Uploaded: 2019-03-24T14:00:00
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펜 실바 니 아. 수상에서 지원에서는 미국 국립 과학 재단 (NSF) 경력 인정 DMR-1654482입니다. 소재 합성 아니 2011/01/B/ST3/00425 폴란드 국립 과학 센터 보조금의 지원으로 수행 되었다.

참고: U 자형 몸 뻣 뻣 하 고 열팽창 (CTE), ~9.9 μm/(m∙°C), 304-등급의 스테인레스 스틸에 대 한 ~17.3 μm/(m∙°C)에 비해 낮은 계수는 416-학년 스테인레스 스틸의 이루어집니다.
1. 기계 장치를 단축 긴장
<ol><li>먼저 별도로 아세톤에 그들을 sonicating 고 소 프로 파 놀, 20 분 마다, 그 후에 U 자 모양의 장치, 마이크로 미터 나사 (인치 당 72 회전에 해당 하는 1-72), Belleville 봄 디스크 및 ?...

<ol>
	<li>Paglione, J., Greene, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-temperature+superconductivity+in+iron-based+materials.">High-temperature superconductivity in iron-based materials.</a> Nature Physics. 6 (9), 645 (2010).</li><li>Keimer, B., Kivelson, S. A., Norman, M. R., Uchida, S., Zaanen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+quantum+matter+to+high-temperature+superconductivity+in+copper+oxides.">From quantum matter to high-temperature superconductivity in copper oxides.</a> Nature. 518, 179-186 (2015).</li><li>Anderson, P. 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D. N., 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=.">.</a> Temperature Driven Topological Switch in 1T’-MoTe2 and Strain Induced Nematicity in NaFeAs. , (2018).</li><li>B&#246;hmer, A., 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=Effect+of+biaxial+strain+on+the+phase+transitions+of+Ca(Fe1&#8722;xCox)2As2.">Effect of biaxial strain on the phase transitions of Ca(Fe1&#8722;xCox)2As2.</a> Physical Review Letters. 118 (10), 107002 (2017).</li><li>Bao, W., 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=Tunable+(&#948;+&#960;,+&#948;+&#960;)-type+antiferromagnetic+order+in+&#945;-Fe(Te,Se)+superconductors.">Tunable (&#948; &#960;, &#948; &#960;)-type antiferromagnetic order in &#945;-Fe(Te,Se) superconductors.</a> Physical Review Letters. 102 (24), 247001 (2009).</li><li>Koz, C., R&#246;&#223;ler, S., Tsirlin, A. 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R., Aluru, R., Liu, Y., Lin, C., Wahl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+magnetic+tips+for+spin-polarized+scanning+tunneling+microscopy+on+Fe1+yTe.">Preparation of magnetic tips for spin-polarized scanning tunneling microscopy on Fe1+yTe.</a> Physical Review B. 91 (16), 161111 (2015).</li><li>Chandra, S., Islam, A. K. M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+and+electronic+properties+of+PbO-type+FeSe1-xTex+(x=+0-1.0):+A+first-principles+study.">Elastic and electronic properties of PbO-type FeSe1-xTex (x= 0-1.0): A first-principles study.</a> ArXiv preprint. , (2010).</li></ol>

STM 내부 샘플으로 이동 하는 데 필요한 모든 작업 팔 조작자의 세트를 사용 하 여 수행 됩니다. STM은 낮은 온도에서 액체 질소와 액체 헬륨에 의해 고 샘플 접근 되 고 전에 적어도 12 h 아래로 냉각. 샘플 및 현미경 온도를 열 평형에 도달 수 있습니다. 전기 및 음향 소음, 격리 하는 STM는 음향 및 무선 주파수 차폐 룸에 배치 됩니다. 현미경 머리 더 최적화 된 수단이 안정성에 대 한 스프링에서 일시 ...

Cuprates와 철 기반 초전도체에 고온 초전도 양자 문제1,2의 흥미로운 상태입니다. 이해 초전도 주요 과제는 전자 nematic 및 smectic 단계 (전자의 회전 및 변환 대칭 끊기)와 같은 다양 한 깨진된 대칭 상태의 로컬로 얽혀 자연 초전도3,,45,,67. 조작과 고의적인 튜닝이 깨진된 대칭의 이해 및 초전도 제어 핵심 목표 이다.
제어 변형, 단축 및 biaxial, 압축된 문제 시스템8,,910,11,12, 집단 전자 상태를 조정 하는 확고 기술입니다. 13,14,15,,1617,18,19,20,21, 22. 이 깨끗 한 튜닝, 화학도 핑을 통해 장애의 소개 없이 일반적으로 다양 한 종류의 실험에 대량 전자 속성23,,2425,26 조정 . 예를 들어 매치 압력 nematic 상전이 철 기반 초전도체의 초전도 구조, 자석, 및 Sr2RuO413 에 cuprates27 에 엄청난 효과를 입증 했다 10 , 14 , 28 , 29 그리고 최근 SmB624의 토폴로지 상태 튜닝에서 설명 되었다. 그러나, 표면에 민감한 기법, STM 등 각도 해결 광전자 방출 분광학 (ARPES) 스트레인의 사용에 제한 해 라 성장 박막 일치 하지 않는 기판26,30에 되었습니다. 표면에 민감한 실험에 단일 결정에 긴장을 적용 하 여 주요 과제는 초고 진공 (UHV)에 긴장된 샘플을 쪼개 다 필요가. 지난 몇 년 동안, 대체 방향 압 스택9,10,,1831 에 또는 열 확장19의 다른 계수 접시에 얇은 샘플을 에폭시 하고있다 ,32. 그러나 두 경우 모두, 적용 된 스트레인의 크기 매우 제한 됩니다.
여기 우리 제약 없이 샘플 (압축 변형)을 변형 하 고 동시에 STM을 사용 하 여 그것의 표면 구조를 시각화 하는 연구자 수 있도록 새로운 기계 단축 긴장 장치의 사용을 보여 줍니다 ( 그림 1참조). 예를 들어, 사용 하는 철1 +yTe의 단일 결정 어디 y = 0.10, (y는 과잉 철 분 농도) 철 칼코게나이드 초전도체의 부모 화합물. TN 아래 = ~ 60 K, Fe1 +y테 변환 높은 온도 상자성 상태에서 낮은 온도는 bicollinear 스트라이프 자기 순서26,33 와 antiferromagnetic 상태 34 ( 그림 3A, B참조). 마그네틱 전환 추가 동반 된다 구조 전환 정방에서 단사26,35. 비행기에서 AFM 순서 orthorhombic 구조34의 긴 b 방향을 따라 가리키는 스핀 구조와 detwinned 도메인을 형성 합니다. 스핀 편광 STM와 AFM 순서를 시각화, 여 우리 unstrained Fe1 +y테 샘플에서 양방향 도메인 구조를 조사 하 고 그들의 전환을 적용 받으며 하나의 큰 도메인으로 관찰 ( 에서 회로도 참조 그림 3 C-E). 이러한 실험 주사 터널링 현미경 샘플 및 표면 구조의 동시 이미징의 고착, 여기에 제시 된 단축 긴장 장치를 사용 하 여 단일 결정의 성공적인 표면 조정 표시. 그림 1 도식 도면 및 기계 긴장 장치의 사진을 보여준다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:668px;" width="668">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Belleville spring disks</td>
			<td style="width:167px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fe(1.1)Te</td>
			<td style="width:167px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Single Crystal</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">H20E</td>
			<td style="width:167px;">Epoxy Technology</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">H74F</td>
			<td style="width:167px;">Epoxy Technology</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Micrometer screws</td>
			<td style="width:167px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Stainless Steel sheets (416)</td>
			<td style="width:167px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visualizing uniaxial-strain manipulation of antiferromagnetic domains in fe1+yte using a spin-polarized scanning tunneling microscope

상관된 전자 시스템을 이해 하는 탐구의 새로운 실험적인 기술 및 방법론의 개발을 향해 실험 측정 국경 밀고 있다. 여기 우리가 우리의 가변 온도 controllably 샘플에서 비행기에 단축 긴장을 조작 하 고 프로브 원자 규모에서 그들의 전자 응답 수 있는 터널링 현미경 검사에 통합 소설 집에서 만든 단축 긴장 장치를 사용. 우리 antiferromagnetic (AFM) 도메인 및 Fe1 +y테 샘플, 철 기반 초전도체의 부모 화합물에에서 그들의 원자 구조를 시각화 터널링 현미경 (STM) 스핀-분극 기술 검색을 사용 하 여, 그리고 이러한 도메인 적용된 단축 긴장에 대처 하는 방법을 보여 줍니다. 우리는 양방향 AFM 도메인 ~ 50-150의 평균 도메인 크기 unstrained 샘플에 관찰 nm, 단축 적용 받으며 단일 단방향 도메인으로 전환. 여기에 제시 된 결과 STM, 다른 분 광 기법, 대칭 양자 소재 시스템에서 유도 관해서는 전자 속성을 튜닝에 대 한 둘 다에 있는 중요 한 튜닝 매개 변수를 활용 하는 새로운 방향으로 엽니다.

STM topographs 샘플과 설정치에 적용-12 백만 전자 볼트의 설정치 바이어스 상수 현재 모드에서 측정 되었다-1.5의 현재 나 수집 끝에. Pt-Ir 팁 모든 실험에서 사용 되었다. 스핀 편광 STM를 위해 주사 터널링 현미경 팁 코팅 자석 원자는 확실히 도전적 일 수 있다. 이 경우 철1 +y테 공부의 샘플 자체는이 달성의 간단한 수단을 제공 합니다. 초과 철 (Fe1 +<...

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Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

단축 긴장 조작 Fe1 +Y테 스핀 편광 스캔 터널링 현미경을 사용 하 여 Antiferromagnetic 도메인의 시각화

단축 긴장을 사용 하 여 스핀 편광 주사 터널링 현미경과 함께, 우리는 시각화 Fe의 antiferromagnetic 도메인 구조를 조작1 + y테, 철 기반 초전도체의 부모 화합물.

The quest to understand correlated electronic systems has pushed the frontiers of experimental measurements toward the development of new experimental ...

이 프로토콜은 스캐닝 터널링 현미경 검사법과 함께 단축 균주 장치의 통합의 시각화이기 때문에 중요합니다. 여기에는 변형을 적용하고 SDM에서 구조 도메인의 조작을 시각화하는 작업이 모두 포함됩니다. 이 기술의 주요 장점은 기계 장치이기 때문에 증가된 양의 변형을 허용한다는 것입니다.표면 효과는 스캐닝 터널링 현미경을 사용하여 시각화할 수 있습니다. 고온 초전도체에서는 고온 초전도체에서 고의적으로 고공대적 상태를 조정하고 조작하여 초전도성을 제어하고 이해할 수 있습니다. 이 공정은 단일 결정이며 SDM 호환되는 경우 모든 재료에 적용할 수 있습니다.얼마나 많은 변형을 달성할 수 있는지 를 포함하여 다양한 조건에 대한 설정의 응답을 결정하기 위한 장치 테스트가 많이 있습니다. 그것은 당신이 하고있는 일에 대한 인내와 절대적인 이해가 중요한 매우 도전적인 실험입니다. 이 프로세스의 시각적 데모는 복잡한 프로세스인 SDM을 사용하여 설명된 장치를 만들고 사용하는 데 대한 통찰력을 제공하기 때문에 매우 중요합니다.먼저 U자형 장치를 분해하여 아세톤에 넣습니다. 장치, 마이크로미터 나사, 벨빌 스프링 디스크 및 베이스 플레이트를 20분 동안 초음파 처리하여 청소합니다. 그런 다음, 이소프로판올로 옮기고 추가 로 20 분 동안 초음파 처리하십시오.일단 깨끗해지면 기기 부품을 오븐에 15-20분 간 구워 물 잔류물을 제거하고 탈가스를 제거합니다. 그런 다음 날카로운 면도날을 사용하여 철 텔루륨 샘플을 크기가 0.1 밀리미터 씩 2 밀리미터로 절단합니다. 마지막으로 부품을 함께 조립합니다.U 내부의 개구부는 1mm이며 장치 측면에 위치한 마이크로미터 나사 쌍으로 작거나 크게 조정할 수 있습니다. 두 개의 별도 요리에서 에폭시 데이터 시트의 지침에 따라 실버 에폭시와 비 전도성 에폭시를 혼합하십시오. 그런 다음, 실버 에폭시의 얇은 층을 적용하여 전기 접점을 만들고 1밀리미터 간격을 가로질러 샘플을 장착하여 긴 축이 철 텔루리움 샘플의 b 축을 따라 지향되도록 합니다.샘플 홀더와 샘플을 대류 오븐에 넣고 15분 동안 구워 에폭시를 다시 치료합니다. 샘플이 냉각되면 샘플이 장치에서 단단히 지원되도록 비 전도성 에폭시로 양면을 덮습니다. 그런 다음 에폭시를 치료하기 위해 오븐에 다시 넣습니다.광학 현미경을 사용하여 모든 각도에서 샘플의 위치를 검사하여 간격을 가진 샘플의 측면의 평행 정렬을 확인합니다. 이제 모든 것이 준비되면 샘플 표면을 관찰하면서 마이크로미터 나사를 50도 회전하여 압축 균주를 적용하기 시작합니다. 압력이 가해진 후에는 시료의 균열이나 굴곡이 없어야 합니다.다음으로 장치를 기본 플레이트에 나사로 넣습니다. 일단 고정되면, 베이스 플레이트에서 은 에폭시의 얇은 층을 U자형 장치에 적용하여 시료와 플레이트 사이의 전기적 접촉을 생성한다. 에폭시를 치료하기 위해 샘플을 오븐에 넣습니다.냉각되면 멀티미터를 사용하여 전기 접촉을 확인하십시오. 그런 다음, 비전도 에폭시의 얇은 층을 사용하여 알루미늄 포스트를 샘플에 접착제로 고정하여 ab c떠나고 평면에 수직이 되도록 합니다. 게시물은 샘플과 크기가 같아야 합니다.게시물의 위치가 올바르게 배치되면 에폭시가 경화될 때까지 조립된 장치를 굽습니다. 먼저, 가변 온도, 초고진공 스캐닝 터널링 현미경의 하중 도크에 배치하여 스캔 터널링 현미경으로 장치를 전송한다. 팔 조작기를 사용하여 실온에서 초고진공상태에서 알루미늄 포스트를 떨어뜨려 갓 갈라진 표면을 노출시십시오.즉시 스캐닝 터널링 현미경 챔버에 조작기의 또 다른 세트와 함께 장소에서 장치를 전송, 현미경 헤드를 입력, 이는 9도 Calvin로 냉각되었습니다. 다음 단계를 수행하기 전에 밤새 9도까지 식히는 시료를 허용하고 실험 중에이 온도를 유지합니다. 온도 평형에 도달하면, 스퍼터링 과 어닐링의 여러 라운드로 처리 된 하나의 구리 표면에 필드 방출에 의해 각 실험 전에 백금 이리듐 팁을 준비합니다.현미경의 압전 전기 재료에 가해지는 전압을 사용하여 샘플 스테이지를 이동하여 팁에 정렬합니다. 그런 다음 샘플에 접근합니다. 팁이 샘플에서 몇 가지 앙스트롬이고 오실로스코프의 터널링 전류 레지스터가 되면 토포그래프를 복용할 준비가 됩니다.여기에 훈련되지 않은 철 텔루리움 단일 결정의 10 나노 미터 원자 해상도 지형 이미지입니다. 본 원자 구조는 샘플을 떠난 후에 드러나는 텔루엄 원자에 해당합니다. 지형의 4DA 변환은 원자 브래그 봉우리에 해당하는 a 및 b 방향을 따라 이미지의 모서리에 네 개의 날카로운 피크를 보여줍니다.첫 번째 이미지와 는 달리, 이 지형 이미지는 자기 팁으로 얻은 지형을 보여줍니다. 축을 따라 격자의 2배의 주기성을 가진 단방향 줄무늬가 관찰된다. 이 토포그래프의 4DA 변환은 브래그 봉우리 외에도 새로운 위성 봉우리, 브래그 피크 모멘타의 절반에 해당하므로 실제 우주 파장의 두 배에 해당합니다.새로운 구조는 표면 바로 아래철 원자의 AFM 스트라이프 순서에 해당합니다. 훈련되지 않은 샘플 트윈 도메인 경계의 일부 부분에는 긴 b 축과 함께 제공되는 AFM 스트라이프 순서가 90도 회전하는 크리스탈 구조가 존재한다. 여기서 AFM 트윈 도메인 경계의 25나노미터 토포그래프를 관찰할 수 있습니다.이 지역의 4DA 변환은 녹색 및 노란색 원으로 강조 표시된 두 쌍의 AFM 순서를 보여줍니다. 각 자기 도메인은 4DA 변환에서 한 쌍의 피크에만 기여합니다. 변형된 샘플의 경우 샘플에 적용되는 단일 압력의 결과로 단일 도메인만 볼 수 있습니다.여기서, 대규모 지형은 약 1.75 미크론의 총 영역에 걸쳐 0.75 미크론으로 나타내며, 이는 비훈련된 시료에 걸쳐 전체 면적의 두 배 이상이다. 각 토포그래프의 4DA 변환은 이 변형된 샘플에서 단일 도메인만 나타내는 AFM 피크 한 쌍을 보여 주습니다. 이 절차를 시도하는 동안 고려해야 할 가장 중요한 것은 궁극적 인 목표입니다.왜 uniaxial 균주를 적용하는지 아는 것은 샘플 방향과 적용해야 할 변형을 안내해야합니다. 이 절차에 따라 스트레인 장치는 X 선 회절, 공명탄성 X선 산란 및 각 해결된 광방출 분광법과 같은 다른 기술과도 통합될 수 있습니다. SDM은 양자 재료의 전자를 시각화할 수 있는 강력한 기술입니다.그리고 이들은 변형과 같은 외부 동요에 매우 민감한 재료이므로, 단방향 변형 통합 SDM 기술은 이러한 물질을 전자적으로 조정하고 초전도를 이해하는 궁극적 인 목표로 변형에 대한 반응을 시각화 할 수 있습니다.

Research

JoVE Journal

Engineering

Visualizing Uniaxial-strain Manipulation of Antiferromagnetic Domains in Fe1+YTe Using a Spin-polarized Scanning Tunneling Microscope

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

연구

공학

Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

쿨롱 불순물 스캐닝 터널링 현미경 연구 게이트 - 조정 가능한 그래 핀 장치의 제작

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees ...

Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

염료 실험 및 시뮬레이션을 사용하여 Bedforms을 통해 Hyporheic 흐름을 시각화

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute ...

Comprehensive Characterization of Extended Defects in Semiconductor Materials by a Scanning Electron Microscope

주 사형 전자 현미경으로 반도체 재료의 확장 된 결함의 포괄적 인 특성

Extended defects such as dislocations and grain boundaries have a strong influence on the performance of microelectronic devices and on other applications ...

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

Probing C84-embedded Si Substrate Using Scanning Probe Microscopy and Molecular Dynamics

C 프로빙<sub&gt; (84)</sub&gt;은 스캐닝 프로브 현미경 및 분자 역학을 사용하여 실리콘 기판을 - 임베디드

This paper reports an array-designed C84-embedded Si substrate fabricated using a controlled self-assembly method in an ultra-high vacuum chamber. The ...

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

손 3D 가상 현실 인터페이스와 스캐닝 프로브 현미경을 통해 단일 분자의 조작을 제어

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

Studying Dynamic Processes of Nano-sized Objects in Liquid using Scanning Transmission Electron Microscopy

스캔 전송 전자 현미경을 사용하여 액체에 나노 크기의 개체의 동적 프로세스를 공부

Samples fully embedded in liquid can be studied at a nanoscale spatial resolution with Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) using a ...

Scanning SQUID Study of Vortex Manipulation by Local Contact

현지 연락처로 소용돌이 조작의 SQUID 연구를 스캔

Local, deterministic manipulation of individual vortices in type 2 superconductors is challenging. The ability to control the position of individual ...

Precision Milling of Carbon Nanotube Forests Using Low Pressure Scanning Electron Microscopy

저압 주사 전자 현미경을 사용하여 탄소 나노 튜브 숲의 정밀 밀링

A nanoscale fabrication technique appropriate for milling carbon nanotube (CNT) forests is described. The technique utilizes an environmental scanning ...

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

Hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...