Radio fréquence Magnetron Sputtering GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 quasi bicouche Films sur substrats monocristallins de SrTiO3 (STO)
Summary
Ici, nous présentons un protocole pour faire croître la LSMO nanoparticules et (Gd) BCO films (001) SrTiO3 (STO) substrats monocristallins par radio fréquence (RF)-bredouillement.
Abstract
Ici, nous démontrons une méthode de revêtement ferromagnétique La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanoparticules sur substrats de monocristaux de (001) SrTiO3 (STO) par pulvérisation de magnétron de radiofréquence (RF). LSMO nanoparticules ont été déposés avec des diamètres de 10 à 20 nm à des hauteurs comprises entre 20 et 50 nm. Dans le même temps, (Gd) Ba2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) films ont été fabriqués à la fois non décorés et LSMO nanoparticules décorées des substrats STO à l’aide de pulvérisation cathodique magnétron de RF. Ce rapport décrit également les propriétés de GdBa2Cu3O7−δ/ La0,67Sr0,33MnO3 films bicouche quasi structures (par exemple, phase cristalline, morphologie composition chimique) ; aimantation, magnéto-transport et propriétés supraconductrices de transport ont été également évaluées.
Introduction
La manganite dopé au trou La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) ont des propriétés uniques tels que large bande les lacunes, moitié métalliques ferromagnétisme et emmêler les États électroniques, qui offrent des possibilités extraordinaires pour le potentiel spintronique demandes1,2,3,4. Actuellement, de nombreux chercheurs sont s’efforçant de tirer profit des propriétés uniques de la LSMO pour habiter le mouvement de vortex pour les films de (HTS) supraconducteurs haute température, tels que (RE) Ba2Cu3O7−δ films (REBCO, RE = éléments de terres rares)5,6,7,8,9,10,11,12. Nanoscale décoration des surfaces substrat avec des nanoparticules ferromagnétiques fournira des sites bien définis pour induire magnétiques épinglage centres de densité prévue13,14. Toutefois, la capacité de contrôler la densité et la géométrie des nanoparticules sur des surfaces très texturées, comme sur les substrats monocristallins et les substrats métalliques très texturés est très difficile. Le plus souvent, nanoparticules sont synthétisés et enduit sur les surfaces à l’aide de méthodes de décomposition organique métal15et pulsée laser dépôt méthodes16,17. Bien que les méthodes de dépôts impulsion laser peuvent fournir des nanoparticules enduits sur divers substrats, il est difficile de se rendre compte de dépôt de nanoparticules homogène de grande surface. En ce qui concerne les méthodes de décomposition organique métal, ils sont adéquats pour les dépôts de grande surface des nanoparticules. Toutefois, les nanoparticules sont souvent non uniforme et facilement endommagées par des petites contraintes physiques.
Parmi ces techniques, pulvérisation magnétron-RF présente de nombreux avantages. Pulvérisation cathodique a un taux de dépôt élevé, faible coût et l’absence d’émission de gaz toxiques. En outre, il est facile d’étendre à grande échelle zone substrats18,19. Cette méthode fournit la seule étape formation de La0,67Sr0,33MnO3 (LSMO) nanoparticules et les nanoparticules sont faciles à être déposés sur des substrats monocristallins. RF magnetron sputtering peut créer des nanoparticules de grande surface uniformément sur un large éventail de substrats, indépendamment de la texture de la surface et rugosité de la surface20. Le contrôle de particules peut être obtenu par régler temps de pulvérisation. Homogénéité est possible de régler la distance cible-substrat. L’inconvénient de pulvérisation magnétron-RF est son taux de croissance inférieur pour certains oxydes21. Dans cette approche, cible atomes (ou molécules) sont ratés sur la cible par ions d’argon, et puis les nanoparticules sont déposés sur des substrats dans le vapor phase22. Formation de nanoparticules a lieu sur le substrat en une seule étape23. Cette méthode est théoriquement applicable à tous les matériaux y compris couches minces supraconductrices, resistante, semi-conductrice, minces ferromagnétiques etc. toutefois, à ce jour, les rapports sur les protocoles pour avoir déversé ferromagnétique les nanoparticules sont très rares.
Ici, nous démontrons le dépôt de GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 quasi bicouche films sur des substrats de monocristaux SrTiO3 (STO) par pulvérisation de magnétron RF méthode. Deux types de matériaux de cible, GdBa2Cu3O7−δ et La0,67Sr0,33MnO3 target sont utilisés dans le processus. Substrats monocristallins de SrTiO3 (STO) ont été recouvertes de GdBa2Cu3O7−δfilms et GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr 0,33 MnO3 films de quasi bicouche.
Dans ce protocole, GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 quasi bicouche films sont déposés avec magnétron RF sputtering sur des substrats STO (001). Le diamètre de la cible est de 60 mm et la distance entre la cible et les substrats est d’environ 10 cm. Les appareils de chauffage sont des ampoules placés à 1 cm au-dessus de substrats. La température maximale est de 850° C dans ce système,. Il y a 5 différents substrats dans ce système. Magnétron RF sputtering GdBa2Cu3O7−δ/La0,67Sr0,33MnO3 quasi bicouche films se compose de deux étapes, qui sont la préparation des substrats et le magnétron RF processus de pulvérisation. Une image du système de pulvérisation est montrée dans la Figure S1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Ici, nous avons démontré que cette méthode peut être utilisée pour préparer des nanoparticules ferromagnétiques LSMO d’une distribution uniforme sur SrTiO3 substrats monocristallins (STO). Les films (Gd) BCO peuvent également se déposer sur tous les deux nus et LSMO décoré substrat STO. Avec un ajustement approprié des paramètres déposés, tels que des températures de croissance et de la distance de la cible-substrat, cette méthode devrait être utile pour déposé différents genres de magn?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (n ° 51502168 ; No.11504227) et la fondation de Municipal des sciences naturelles de Shanghai (No.16ZR1413600). Les auteurs remercient chaleureusement le laboratoire analytique Instrumental Analysis Center de Shanghai Jiao Tong University et Ma-tek pour une assistance technique compétente.
Materials
| Sputter Deposition System | Shenyang scientific instruments Limited by Share Ltd | Bespoke | |
| SrTiO3 Single Crystal Substrate | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Single-sided epi-polished | (001) orientation |
| La0.67Sr0.33MnO3 sputtering target | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Bespoke | 60 mm diameter |
| GdBa2Cu3O7−δ sputtering target | Hefei Ke crystal material technology Co., Ltd | Bespoke | 60 mm diameter |
| Atomic Force Microscope | Brüker | Dimension Icon | |
| X-ray Diffractometer | Brüker | D8 Discover | |
| Physical Property Measurement System | Quantum Design | PPMS 9 |
Riferimenti
- Gong, J., Zheng, D., Li, D., Jin, C., Bai, H. Lattice distortion modified anisotropic magnetoresistance in epitaxial La0.67Sr0.33MnO3 thin films. Journal of Alloys and Compounds. 735, 1152-1157 (2018).
- Wang, J., Han, Z., Bai, J., Luo, B., Chen, C. Magnetoelectric coupling in oxygen deficient La0.67Sr0.33MnO3-δ/BaTiO3 composite film. Physica B: Condensed Matter. 534, 141-144 (2018).
- Duan, Z., et al. Facile fabrication of micro-patterned LSMO films with unchanged magnetic properties by photosensitive sol-gel method on LaAlO3 substrates. Ceramics International. 42 (12), 14100-14106 (2016).
- Xu, P., Huffman, T. J., Kwak, I. H., Biswas, A., Qazilbash, M. M. Temperature dependent infrared nano-imaging of La0.67Sr0.33MnO3 thin film. Journal of Physics-Condensed Matter. 30 (2), (2018).
- Bulaevskii, L. N., Chudnovsky, E. M., Maley, M. P. Magnetic pinning in superconductor-ferromagnet multilayers. Applied Physics Letters. 76 (18), 2594-2596 (2000).
- Chen, C. Z., et al. Flux pinning of stress-induced magnetic inhomogeneity in the bilayers of YBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3−δ. Journal of Applied Physics. 106 (9), 093902 (2009).
- Chen, C. Z., et al. Robust high-temperature magnetic pinning induced by proximity in YBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 hybrids. Journal of Applied Physics. 109 (7), 073921 (2011).
- Huang, J., et al. Magnetic properties of (CoFe2O4)x:(CeO2)1−x vertically aligned nanocomposites and their pinning properties in YBa2Cu3O7−δ thin films. Journal of Applied Physics. 115 (12), 123902 (2014).
- Lange, M., Bael, M. J. V., Bruynseraede, Y., Moshchalkov, V. V. Nanoengineered Magnetic-Field-Induced Superconductivity. Physical Review Letters. 90 (19), 197006 (1970).
- Rakshit, R. K., Budhani, R. C., Bhuvana, T., Kulkarni, V. N., Kulkarni, G. U. Inhomogeneous vortex-state-driven enhancement of superconductivity in nanoengineered ferromagnet-superconductor heterostructures. Physical Review B. 77 (5), 052509 (2008).
- Guo, H., Ward, T. Z. Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides. Journal of Visualized Experiments. 77, e50573 (2013).
- Wang, Y., Li, Y., Liu, L., Xu, D. Improvement of flux pinning in GdBa2Cu3O7-delta thin film by nanoscale ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 pretreatment of substrate surface. Ceramics International. 44 (1), 225-230 (2018).
- Martín, J. I., Vélez, M., Nogués, J., Schuller, I. K. Flux Pinning in a Superconductor by an Array of Submicrometer Magnetic Dots. Physical Review Letters. 79 (10), 1929-1932 (1997).
- Morgan, D. J., Ketterson, J. B. Asymmetric Flux Pinning in a Regular Array of Magnetic Dipoles. Physical Review Letters. 80 (16), 3614-3617 (1998).
- Gutierrez, J., et al. Anisotropic c-axis pinning in interfacial self-assembled nanostructured trifluoracetate-YBa2Cu3O7−x films. Applied Physics Letters. 94 (17), 172513 (2009).
- Tran, D. H., et al. Enhanced critical current density in GdBa2Cu3O7-δ thin films with substrate surface decoration using Gd2O3 nanoparticles. Thin Solid Films. 526, 241-245 (2012).
- Jha, A. K., Khare, N., Pinto, R. Interface engineering using ferromagnetic nanoparticles for enhancing pinning in YBa2Cu3O7-delta thin film. Journal of Applied Physics. 110 (11), (2011).
- Casotti, D., et al. Ageing effects on electrical resistivity of Nb-doped TiO2 thin films deposited at a high rate by reactive DC magnetron sputtering. Applied Surface Science. 455, 267-275 (2018).
- Li, Y., et al. Preparation of single-phase Ti2AlN coating by magnetron sputtering with cost-efficient hot-pressed Ti-Al-N targets. Ceramics International. 44 (14), 17530-17534 (2018).
- Mahdhi, H., Djessas, K., Ben Ayadi, Z. Synthesis and characteristics of Ca-doped ZnO thin films by rf magnetron sputtering at low temperature. Materials Letters. 214, 10-14 (2018).
- Shen, H., Wei, B., Zhang, D., Qi, Z., Wang, Z. Magnetron sputtered NbN thin film electrodes for supercapacitors. Materials Letters. 229, 17-20 (2018).
- Sinnarasa, I., et al. Influence of thickness and microstructure on thermoelectric properties of Mg-doped CuCrO2 delafossite thin films deposited by RF-magnetron sputtering. Applied Surface Science. , 244-250 (2018).
- Thi-Thuy-Nga, N., Chen, Y. -. H., Chen, Z. -. M., Cheng, K. -. B., He, J. -. L. Microstructure near infrared reflectance, and surface temperature of Ti-O coated polyethylene terephthalate fabrics prepared by roll-to-roll high power impulse magnetron sputtering system. Thin Solid Films. , 1-8 (2018).
- Wang, Y., Xu, D., Li, Y., Liu, L. Texture and morphology developments of Yttria-stabilized zirconia (YSZ) buffer layer for coated conductors by RF sputtering. Surface & Coatings Technology. 232, 497-503 (2013).
- Petrisor, T., et al. Magnetic pinning effects of epitaxial LaxSr1-xMnO3 nanostructured thin films on YBa2Cu3O7-delta layers. Journal of Applied Physics. 112 (5), (2012).
