ModulareaModularea proprietatilor proprietatilor … projects/Workshop...x – concentratia de Sr d...
Transcript of ModulareaModularea proprietatilor proprietatilor … projects/Workshop...x – concentratia de Sr d...
ModulareaModularea proprietatilorproprietatilor filmelorfilmelor epitaxialeepitaxiale dedeLaLa0.660.66SrSr0.330.33MnOMnO33 (LSMO)(LSMO)
FilmeFilme de LSMO de LSMO nanostructuratenanostructurate
Traian Petrisor Jr.
Monitorizare proiect PCCE-ID106Cluj-Napoca 4.04.2012
Filme epitaxiale de LSMO in aplicatii pentru spintronicaFilme epitaxiale de LSMO in aplicatii pentru spintronica
LSMO/CNT/LSMO
4.2 K
Polarizarea mare de spin a LSMO, P=80%P=80% (R. J. Soulen Jr. et al., Science 282, 85 (1998)) recomanda folosirea acestuia ca electrod FM in dispozitive spintronice;
L.E. Hueso, A. Fert, N.D. Mathur. Nature 445, 410 (2007)
M. Bowen, et al. Appl. Phys. Lett. 82,233 (2003)
LSMO/STO/LSMO/Co/CoO
1
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
inducerea de vacante cationice
Continutul de oxigen Mn3+ – O – Mn4+ Dublu schimbFeromagnetism
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
J. A. M. van Roosmalen, E. H. P. Cordfunke, R. B. Helmholdt, H. W. Zandbergen, J. Solid State Chem. 110, 100, 106, 109, 113 (1994);
Exista doua efecte ale incroporarii de oxigenin excess in LSMO
inducerea de vacante cationice(La, Sr, Mn)
modificarea raportului Mn3+/Mn4+
Mn3+/Mn4+ = x + 2d=(1-x-2d)x – concentratia de Srd – excesul de O2
2
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
Secventa de depunere si tratamentul termic de oxigenare
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
filmul de LSMO s-a depus prin pulverizare catodica pe un substrat de STO (001);
din retiuni de reproductibilitate filmul depus a fost impartit in cinci probe care au urmat tratamente termice in diferite compozitii ale gazului de tratament:
x% O2 : (1-x)% Ar, x = 0, 3, 10, 25, 100
3
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
0% O2
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
tratamentul termic rezulta in terasarea filmelor de LSMO;
forma marginilor teraselor filmelor indicao modificare a compozitiei chimice a stratuluiterminal.
4
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
masuratorile simetrice2q/w s-au efectuat pentrudeterminarea parametruluiin afara planului filmului, cLSMO
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
masuratorile asimetrices-au efectuat pentru determinareaparametrului din planul filmuluiaLSMO (combinatie intre masuratori2q/w si w – scan → CartografiereaSpatiului Reciproc)
5
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
parametrul de retea din planul filmului de LSMO indica o crestere tensionata a acestuia pe substratul de STO (001) (aLSMO = aSTO);
scaderea parametrului de retea in afara planului, cLSMO, odata cu cresterea contintului de oxigen din gazul de tratament, confirma inducerea de Mn4+ in excess, rMn4+ < rMn3+;
pentru evaluarea influentei oxigenului asupra parametrului cLSMO s-a calculat parametrul de retea eliminand contributia tensiunii interne a filmului, tinand cont de factorul Poisson, n:
6
��
Film
Lattice distortion aroundan edge dislocation (Diffuse scattering)
Mosaicity = f( ) (Coherent scattering)��
101
102
103
Inte
nsity
(u.
a.)
100%25%10%3%0%
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
Distorsiunile locale ale retelei (ex.: dilocatii, vacante)→Imprastiere difuza
Mozaicitatea→Imprastiere coerenta
Imprastiere coerenta
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
Dw
Substrate-0.50 -0.25 0.00 0.25 0.50
10
( o )
Imprastiere difuza
din analiza profilelor de difrcatie de tip w-scan se pot extrage informatii privinddistorsiunile locale ale retelei filmelor de LSMO;
Continut de oxigen (exces sau deficit) Vacante (oxigen sau cationice)
Profil specific de difractie 7
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
profilele w-scan au fost analizate in cadrul modelului propus de Boulle et al. J. Phys. D: Appl. Phys. 38, 3907 (2005) pentru a evalua proprietatile structuraleale defectelor: lungimea de corelatie si mosaicitatea (defectelor) ;
scaderea lungimii de corelatie indica cresterea numarului de defecte, iar cresterea mozaicitatii reprezinta o abatere mai puternica de la pozitiile ideale ale atomilor de LSMO;
evolutia celor doi parametrii confirma faptul ca odata cu cresterea gradului de oxigenareare loc formarea concomitenta a vacantelor cationice (La, Sr, Mn).
8
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
evolutia temperaturii Curie se produce in doua etape: crestere brusca x<10%, cresterelenta (platou) x>10%;
largimea tranzitiei M(T) confirma ipoteza celor doua etape:1. Evolutia inspre o faza uniforma, recuperarea deficitului de oxigen;2. Oxigen in excess.
9
Studiul efectelor incorporarii de oxigen in filmele epitaxiale de LSMO
Modularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMOModularea proprietatilor filmelor epitaxiale de LSMO
considerand originea coercivitatii ca fiind ancorarea peretilor de domenii pe defecteevolutia Hc intaresc ipoteza existentei celor doua regimuri;
analiza XPS (O. Pana-INCDTIM) a filmelor de LSMO confirma cele doua etape ale oxigenarii;
T. Petrisor Jr., M. S. Gabor, A. Boulle, C. Bellouard, C.Tiusan, O. Pana, and T. Petrisor, J. Appl. Phys. 109, 123913 (2011)
10
Cresterea si caracterizarea nanostructurilor de LSMO
Pentru studiile de crestere in functie de temperatura substratului s-au depus filme avandgrosimea de 25 nm, la temperaturile de 650, 750, 800 si 825 oC
Filme nanostructurate de LSMOFilme nanostructurate de LSMO
650 oC 750 oC
800 oC 825 oC
morfologia filmelor confirmacresterea filmelor de LSMO in modulmixt 2D-3D, inaltimea nanostructurilorfiind mai mica decat grosimea filmelor
11
Cresterea si caracterizarea nanostructurilor de LSMO
Filme nanostructurate de LSMOFilme nanostructurate de LSMO
cresterea temperaturii substratului in timpul depunerii are rolul de a creste energia cinetica a atomilor incidenti pe suprafata acestuia, fapt ce conduce la cresterea dimensiunilor laterale ale nanostructurilor;
studiile de morfologie indica posibilitatea de modulare a dimensiunilor nano-insulelorde LSMO in functie de temperatura de depunere.
12
Cresterea si caracterizarea nanostructurilor de LSMO
Terasarea substratelor de SrTiO3 (001) conduce la ordonarea nanostructurilor de LSMO de-alungul acestora
Filme nanostructurate de LSMOFilme nanostructurate de LSMO
Substrat STO (001) terasat Film de LSMO nanostructurat
tratamentul de terasare: chimic – 10 sec. NH4:HF (pH=5,5) uniformitate chimica;termic – 950 oC, 12 min. in O2 terasare;
inaltimea teraselor (~4 Å) corespunde la aSTO (aSTO = 3.905 Å)
profilele de inaltime ale substratului (Figura), respectiv ale filmului indica limitarea cresterii insulelor de LSMO de catre largimea teraselor de STO.
13
Filme nanostructurate de LSMOFilme nanostructurate de LSMO
Aplicatii ale filmelor nanostructurate de LSMO
ancorarea magnetica a vortexurilor supraconductoare, in structuri de tipul feromagnet/supraconductor (La0.66Sr0.33MnO3/YBa2Cu3O7)
Imagine TEM a structurii YBCO/LSMO – B. S. Vasile (UPB)
forta magnetica de ancorare este localizata la nivelul nanostructurilor de LSMO
14
Aplicatii ale filmelor nanostructurate de LSMO
Filme nanostructurate de LSMOFilme nanostructurate de LSMO
imaginea AFM a suprafetei filnului de LSMO corspundecu cea a potentialului de ancorare magnetica la saturatie;
vortexurile supraconductoare vor fi ancorate la limiteledintre nanostructurilor de LSMO;
studiile efectuate confirma existenta unui potential de ancoraremagnetic, eficient la campuri si temperaturi ridicate (relevante dinpunct de vedere al apicatiilor practice).
T. Petrisor Jr. et al. (to be published) 15
ConcluziiConcluzii
• S-a demonstrat rolul concentratiei de oxigen in modularea proprietatilorfilmelor epitaxiale de LSMO;
• S-a demonstrat posibilitatea obtinerii de nanostructuri de LSMO ordonatepe substraturi terasate de STO cu dimensiuni laterale modulabile;
• S-a aratat potentialul nanostructurilor de LSMO in ancorarea magnetica a• S-a aratat potentialul nanostructurilor de LSMO in ancorarea magnetica avortexurilor supraconductoare.
16