Radio frecuencia de magnetrón Sputtering de GdBa2Cu3O7−δ/ La0.67Films Sr0.33MnO3 cuasi-bicapa sobre sustratos de monocristal SrTiO3 (STO)
Özet
Aquí, presentamos un protocolo para producir nanopartículas LSMO y (Gd) BCO películas SrTiO (001)3 (STO) monocristal sustratos por radio frecuencia (RF)-sputtering.
Abstract
Aquí, demostramos un método de revestimiento ferromagnético La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanopartículas en los sustratos de monocristal de3 (STO) de SrTiO (001) por radio frecuencia (RF) magnetrón sputtering. Nanopartículas LSMO fueron depositadas con diámetros de 10 a 20 nm y alturas entre 20 y 50 nm. Al mismo tiempo, (Gd) Ba2Cu3O7−δ ((Gd) BCO) películas fueron fabricadas en dos sin decorar y nanopartículas LSMO decoración sustratos STO usando la farfulla del magnetrón RF. Este informe también describe las propiedades de la GdBa2Cu3O7−δ/ películas de cuasi-bicapa La0.67Sr0.33MnO3 estructuras (p. ej., fase cristalina, morfología composición química); magnetización, magneto-transporte y propiedades superconductoras de transporte también fueron evaluadas.
Introduction
La Manganita dopada de agujero La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) tienen propiedades únicas, tales como banda ancha boquetes, medio metálico ferromagnetismo y enredado Estados electrónicos, que ofrecen oportunidades extraordinarias para el potencial spintrónicos aplicaciones1,2,3,4. Actualmente, muchos investigadores están tratando de tomar ventaja de las propiedades únicas de LSMO habitar el movimiento de vórtice para las películas de (HTS) superconductores de alta temperatura, tales como (RE) Ba2Cu3O7−δ films (REBCO, RE = elemento de tierra rara –)5,6,7,8,9,10,11,12. Nanoescala decoración de las superficies de sustrato con nanopartículas ferromagnéticas proporcionará sitios bien definidos para la inducción magnéticos fijar centros de densidad previsto13,14. Sin embargo, la capacidad para controlar la densidad y la geometría de las nanopartículas en las superficies muy texturadas, como sustratos de monocristal y sustratos metálicos altamente texturizados es muy difícil. Comúnmente, nanopartículas se sintetizan y cubierta en superficies con métodos de descomposición orgánica metal15y pulsada láser deposición métodos16,17. Aunque métodos de deposición de pulso láser pueden proporcionar nanopartículas recubiertas en los varios substratos, es difícil realizar la deposición de nanopartículas homogénea de gran área. En cuanto a métodos de descomposición orgánica metálicos, son adecuados para la deposición de gran superficie de nanopartículas. Sin embargo, las nanopartículas son a menudo no uniforme y fácilmente dañados por pequeñas tensiones físicas.
Entre estas técnicas, RF magnetron sputtering tiene muchas ventajas. Farfulla tiene una tasa de deposición alta, bajo costo y la falta de emisión de gas tóxico. Además, es fácil de ampliar a gran escala zona sustratos18,19. Este método proporciona formación solo paso de La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanopartículas y las nanopartículas son fáciles de ser depositados en los substratos del solo-cristal. RF magnetron sputtering puede crear nanopartículas área uniformemente en una amplia gama de substratos, independientemente de la textura de la superficie y rugosidad de la superficie20. Se logra el control de la partícula por ajuste tiempo farfulla. Se logra homogeneidad por ajustar distancia de substrato objetivo. La desventaja de RF magnetron sputtering es su baja tasa de crecimiento de algunos óxidos21. En este enfoque, objetivo átomos (o moléculas) se escupió fuera el destino por iones de argón, y luego las nanopartículas se depositan sobre sustratos en la fase vapor del22. Formación de nanopartículas se produce en el sustrato en un solo paso23. Este método es teóricamente aplicable a cualquier material incluyendo película delgada superconductora, resistencia película, película de semiconductor, película delgada ferromagnética etc. sin embargo, hasta la fecha, informes sobre los protocolos para depositar ferromagnéticos las nanopartículas son muy escasas.
Aquí, demostramos la deposición de la GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 cuasi-bicapa películas sobre sustratos de monocristal SrTiO3 (STO) por RF sputtering magnetrón método. Se utilizan dos tipos de materiales de la blanco, GdBa2Cu3O7−δ y La0.67Sr0.33MnO3 objetivo en el proceso. Sustratos de monocristal SrTiO3 (STO) estuvieron cubiertos con películas de GdBa2Cu3O7−δy GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr 0.33 MnO3 películas de cuasi-bicapa.
En este protocolo, GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 cuasi-bicapa películas se depositan con magnetrón RF sputtering sobre sustratos STO (001). El diámetro del objetivo es de 60 mm y la distancia entre el objetivo y sustratos es de unos 10 cm. Los calentadores son bulbos situados 1 cm por encima de los sustratos. La temperatura máxima es de 850° C en este sistema. Hay 5 diferentes sustratos en este sistema. GdBa2Cu3O7−δ/La0.67Sr0.33MnO3 cuasi-bicapa películas de la farfulla del magnetrón de RF consta de dos pasos, que son la preparación de sustratos y el magnetrón de RF proceso de la farfulla. Una imagen del sistema pulverización catódica se muestra en la figura S1.
Protocol
Representative Results
Discussion
Aquí hemos demostrado que este método puede usarse para preparar nanopartículas ferromagnéticas LSMO de distribución uniforme en el SrTiO3 sustratos de monocristal (STO). Las películas (Gd) BCO también pueden depositarse en ambos desnudos y LSMO decoradas sustrato STO. Con un ajuste apropiado de parámetros depositados, tales como las temperaturas de crecimiento y distancia de destino-sustrato, este método debería ser útil para depositadas diferentes tipos de () YSZ magnéticos y no magnéticos part?…
Açıklamalar
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (no. 51502168; No.11504227) y la Fundación de Ciencias naturales Municipal de Shanghai (No.16ZR1413600). Los autores agradecen con gratitud el laboratorio analítico Instrumental centro análisis de Shanghai Jiao Tong University y Ma-tek para asistencia técnica competente.
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 |
Referanslar
- 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).
