複合酸化物薄膜のエピタキシャル成長のために原子的に定義されたテンプレート

ステップ1）のSrTiO 3とDyScO 3の基板の選択エッチング 原子間力顕微鏡（AFM）は、治療の成功に関する表示を得るための簡単​​な方法である。唯一の650°C（ 図4A）にフラッシュされたSrTiO 3を基板のAFM像は、高温アニール工程の必要性を実証し、粗い表面を示している。摩擦画像では明らかに対照的に、高さ画像の断面の半分の単位セルの高さの差と同様に、観察されるので、アニールされた基板（ 図4A-C）のAFMデータは明らかに、2つの表面の終端を示す。 図5は、AFMを示すTiO 2の画像は、このプロトコルに記載された方法に従って処理したSrTiO 3基板を終了する。大規模に、ストレートテラスレッジ（ 図5A）を観察することができる。小規模で、非常に滑らかなテラスが観察され、単一の終端表面について予想されるようにテラスの間の唯一のユニットセルの高さの差は、測定される。大きなテラス付きの基板上に、 すなわち、より小さなミスカット角度で、ユニットセル深い穴はテラスレッジ（ 図5B）の近くに表示されます。これらの穴は、より高いミスカット角を有する単一終端基板（ 図5C）と同様な形態をもたらす、より長いアニーリング時間が使用されるときに消える。これらの穴の形態と同様に、テラスレッジの形態は、単一終端の重要な指標である。24単一終端基板上にテラスレッジが丸められているが、穴は、円形である。これとは対照的に、鋭利なテラスレッジと正方形の穴が二重終端基板（ 図4Bを参照）上に表示されます。 単一終端の別の指標は、反射高エネルギー電子回折さに表示されます図6に示すように、受信した基板は、筋が表示されるのRHEED像では、表面の結晶性が悪いにイオン（RHEED）画像、。菊池ラインとシャープな回折スポットの出現によりわかるように、酸素または基材の完全な治療でアニーリングした後、表面をより、順序付けされる。しかし、単一終端基板の場合には、回折スポットは、アニールされた基板に比べても小さい。さらに重要なのは、（1×1）のスポットに加え、追加のスポットは、二重終端基板のパターンで常に存在する、表示されていない DyScO 3の場合には、治療が成功したか否かを見ることはより困難である。差異アニールし、二重終端基板のRHEEDパターンの間に見られると、化学的に、SCO 2処理することができるが、 図7では0.10異なる焼きなましDyScO 3基板のAFM像を基板を終了しないsが示さ​​れている。別の終端は、簡単に図7A-Dで見ることができる。 図7E、Fは 、単一の終端基板に期待される形態を示す、 すなわち唯一の4オングストロームの手順が表示されている。しかし、混合終了はまだ非常に小さい規模で発生する可能性があります。によりAFMの限られた解像度に、異なる終端の領域がはっきりと表示されません。単一の終端面と比較して、両方の高さと位相画像においてより高い表面粗さは、両方の終端の存在の指標である。 走査型プローブ顕微鏡、表面回折技術は、完全に、治療の成功を決定するのに十分ではない。第2終端のマイナー領域が制限された解像度に起因する技術の両方のタイプで観察されない場合があります。しかし、これらのマイナーな領域は、図8に示すように、フィルムの質に劇的な影響を有することができる。のSrRuOの核形成を<suB>図3は、表面終端に対して非常に敏感である。 図8CおよびFは 、単一の終端表面を表示するように見えた3-5それぞれDyScO 3とSrTiO 3を基板のAFM像であるが、のSrRuO 3の成長は他の終了の領域があったことを示しているまだ存在。最後に、治療の成功は、完全に成長した膜の品質を考慮して決定することができる。 ステップ2）のCa 2の堆積のNb 3 O 10 -任意の基板上にナノシート ナノシート堆積中、表面圧の変化を監視することができ、これはどのように堆積が進行上の指標を与える。初期表面積圧縮及びナノシートの実際の堆積中の表面圧力の典型的なプロットを図9に示されている。圧力は、一般的にincrのために増加する充填密度は、より迅速にフローティングナノシートと増加するeasingly密なパッキングは、100％に近づく。実際の堆積は、面圧が最大に達する直前に開始するべきであり、この圧力は、堆積の間中維持される。ケース内の圧力が崩壊（わずかに）、その最大値を通過し、これは、高い圧縮力は、いくつかのナノシートの縁が重なると​​（部分）スタックを作成することに起因することを示すことができる。限り、圧力が最大に近づかないように、ナノシートはまだ密な詰め込みに編成されていない。実際の堆積中に、障壁はゆっくりナノシート単層の局所的な再編成を可能にするために前後に移動し、これは、鋸歯状の圧力プロファイルをもたらす。 ナノシート単層の典型的なAFM像が図10に示されている。ナノシートの表面は滑らかであり、隣接するギャップの高さの差は、1.44以下の結晶学的厚さに近づく彼らの親化合物11のレイヤ-のCa 2 Nbの3 O 10の。ナノシート単層を完全に（001）面外方向に配向するが、ナノシートのランダムな面内の順序に起因するランダムな面内配向性を有している。たSrTiO 3の中間層ナノシート-それらの結晶方位と品質を示すために、 図11は、Ca 2のNb 3 O 10上に成長させたエピタキシャルSrRuO 3からの電子後方散乱回折（EBSD）像を示す。フィルムは、すべてのナノシートに面外（001）配向を有する個々のナノシート上の単一の面内配向性を有している。このようなフィルムの表面形態は、連続的な部分で.theのステップの高さは、原子的完全nanoshe上の高品質膜成長を確認し、ナノシートの厚さまたはSrRuO 3からの単位セルの高さのいずれか対応する図12のAFM像で示されているETS。このアプローチによって成長したエピタキシャルのSrRuO 3膜の特性に拡張された報告書については、Nijland らを参照してください。15 立方晶ペロブスカイトユニットセルの図1（A）概略図。金属イオンAとBは、それぞれ、単位セルの隅と中央に位置している。酸素原子は、Bイオンの周りに八面体を形成し、立方体の面に配置されている。（B）、（001）配向のペロブスカイト基板の略図。原因ミスカットに、表面がテラスで構成されています。両方の終端、AOおよびBO 2は 、表面に存在する。完全にBO 2終端基板の（C）略図。DyScO 3基板の表面の（D）AFM像アニール後1,000 6; 4時間、C。テラス上の粗さは、ラインプロファイル（E）に示すように、ここで4Å単位セルのステップだけでなく、2つの表面終端の存在に起因するだけでなく、2Åの高さの差が見える。 図ACさKleibeukerから適応されるら 9 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 単層ナノシートに層状親化合物の層間剥離の図2略図。嵩高い分子とのイオン交換は、構造体を膨潤させ、層を互いに分離することができるように、層間静電気力を低下させる。= "_空白"を取得>この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 LB法によるナノシート沈着3.模式図。ナノシートが分散液の表面に向かって浮遊し、内側に移動障壁によって密な詰め込みに圧縮される。基板は、ゆっくり分散体から引き出される。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図4。650℃にフラッシュされていたSrTiO 3基板の（A）のAFM像（B）AFM高さ（C）摩擦二重終端のSrTiO 3基板の像、（D）に示すAFM高さ画像のラインプロファイルのように見える隣接するテラスに比べ半分の単位セルの高さの差が鋭いステップエッジとテラスを示す。二つの異なる終端は、摩擦像の明確なコントラストを引き起こす。コスターらから許可を得て撮影し、図8に 、この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図5（AC）は 、単一の終端のSrTiO 3基板のAFM画像である。（D）は、唯一のユニットセルの高さの差を示した（C）のラインプロファイルである。 （B）中の円は、単位セルの深いホルのいずれかを示し低ミスカット角を有する基板のテラスレッジ近くに表示されているES。コスターら 24からの許可を得て撮影し、図は、 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図受け取ったSrTiO 3基板、（B）アニールされた基板と、（C）のように（A）AN単一終端のSrTiO 3基板の6 RHEED像。コスターら 24からの許可を得て撮影し、図は、 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 / "/ 52209 / 52209fig7highres.jpgをアップロード> 図7。 アニールされたDyScO 3の基板のAFM像。（AD）は 、明らかに二重終端表面を示している。しかし、形態は、基板、基板から変化することができる。 （E）および（F）の表面がより均一に見える、唯一のユニットセルの高さの差を測定することができる。しかし、AFMの分解能は第2終端25の小さな領域を測定するにはあまりにも低くすることができる。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 たSrTiO 3及びDyScO 3基板上に成長のSrRuO 3膜の図8のAFM画像である。（A）におけるフィルムおよび<stro ngの>（D）は、このプロトコルに記載された方法に従って処理したそれぞれのSrTiO 3、DyScO 3基板上に成長される。フィルムは、非常に滑らかであり、（B）及び（E）に示された対応するラインプロファイルは、単位セルの高さの差を示す。 （C）および（F）におけるフィルムは、二重終端アニールした基板上で成長させた。トレンチは、膜厚の範囲内である見える。 （D）および（F）における挿入図は、成長前の基板を示している。両面が非常に滑らかであることに注意してください。 Kleibeuker らから許可を得て撮影し、図9 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 hres.jpg "/> 初期表面積の圧縮時の面圧およびCa 2 Nbの3 O 10の実際の堆積の図9.代表的なプロット- 。ナノシート この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図10。 典型的なAFM像およびCa 2 Nbの3 O 10の単層のラインプロファイル- 。。シリコン基板上に堆積ナノシートナノシートは、滑らかな表面を表示この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 「SRC = "/ファイル/ ftp_upload / 52209 / 52209fig11highres.jpg" /> 。のNb 3 O 10のCa 2上に成長させたエピタキシャルSrRuO 3からの図11 EBSD像-たSrTiO 3の中間層とナノシート膜は、全てのナノシートに面外（001）配向を有する単一の面内に有している個々のナノシート上のオリエンテーション。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 図12。 のNb 3 O 10のCa 2上に成長させたエピタキシャルSrRuO 3からのAFM像及びラインプロファイル-たSrTiO 3の中間層とナノシートの連続部分の高さのナノシートの厚さに一致するステップ1.4 nmおよび0.4 nmでのSrRuO 3単位セルの高さ。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。