Name: spark plasma sintering apparatus used for the formation of strontium titanate bicrystals
Uploaded: 2017-02-09T15:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 17 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals at JoVE.com

LH בתודה מודה תמיכה פיננסי על ידי גורם מלגת מחקר לתארים מתקדמים הקרן הלאומית למדע בארה&quot;ב תחת גרנט מס &#39;1148897. אלקטרונים אפיון מיקרוסקופיה ועיבוד SPS ב UC Davis נתמכה כלכלית על ידי מענק דמי מעבדה באוניברסיטת קליפורניה (# 12-LR-238,313). עבודה בבית היציקה מולקולרית נתמכה על ידי משרד המדע, משרד האנרגיה של יסוד מדעי, של משרד האנרגיה האמריקני תחת חוזה מס &#39;DE-AC02-05CH11231.

לדוגמא הכנה 1. סינגל קריסטל סטרונציום Titanate הערה: STO גביש יחיד מסופק עם משטח (100) מלוטשים לסיים את המראה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> STO סעיף לחתיכות 5x5 מ&quot;מ 2 באמצעות חוט יהלום ראה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אולטרסונית נקיות דגימות ב 50-60 הרץ ברצף באמבטיות של אצטון, isopropanol, מתנול במשך רבע שעה כל אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר STO מהאמבטיה מתנול למקום מיד על צלחת חמה שנערך בטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס. חימום המדגם לאחר הניקוי מונע היווצרות כתמי אידוי מהאלכוהול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום דגימות במשך עשר דקות בחומצה הידרופלואורית שנאגרו (pH = 4), 6: 1 פתרון של פלואוריד אמוניום 49% חומצה הידרופלואורית. פתרון 22 זה משרטט את STO, ויצר משטח הסתיים בעיקר (100) Tio 2. אם הצד השטוח האופטי של הגביש היחיד יש פטינת קשת, המדגם כבר מעל חרוט וצריך not לשמש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי עשר דקות בתמיסה etchant, לשטוף דגימות deionized (DI) מים ולאחר מכן ב isopropanol. ולייבש באמצעות אוויר הבית נקי. </li></ol> 2. כינונה Bicrystal באמצעות מכשירי Sintering פלזמה ספארק הערה: לקבלת 5x5 מ&quot;מ 2 קריסטל שימוש קוביית גרפיט 30 מ&quot;מ קוטר. אם למות עם קוטר קטן יותר מ -30 מ&quot;מ משמש, bicrystal שברים קטסטרופלי במהלך מליטה. גודל למות אופטימלית וכן לחץ המופעל על ידי מנגנון SPS תלוי מאוד על גודל הגבישים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים עיגול 30 מ&quot;מ של נייר גרפיט על הבוכנה גרפיט בקוטר 30 מ&quot;מ. גרפיט נייר מונע STO מ מליטה אל הבוכנה גרפיט במהלך הניסוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סטאק שני גבישים יחידים STO 5x5 מ&quot;מ 2 עם המשטחים השטוחים האופטי שלהם להציב מול פנימה כדי ליצור את גבול bicrystal. מרכז את הערימה על גבי נייר גרפיט בוכנה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סובב את זעקת יחיד העליונהStal סביב הציר &lt;100&gt; לזווית misorientation נבחרת. ה &lt;100&gt; הציר הוא בניצב לפני השטח האופטי השטוח של קריסטל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלק את למות גרפיט על הבוכנה וקריסטלים. מניח עיגול בקוטר שני 30 מ&quot;מימ של נייר גרפיט ואז בוכנה בקוטר 30 מ&quot;מימ על גבישי STO המוערמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סטאק את בוכנות בשילוב ולמות על מפרידי גרפיט במנגנון SPS (איור 1). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל כוח uniaxial של 3 kN למזער התנגדות מגע באמצעות לחצני שליטה Z- ציר. לאורך כל הניסוי, המשתמש חייב לשמור על כוח ב 3 kN באמצעות לחצני שליטה Z- ציר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> K-סוג הכנס תרמי לתוך למות גרפיט על החור הקטן, שמוצג באיור 1. תרמי המשתרע דרך למות המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הלחץ הקאמרי של מנגנון SPS ל ~ 10 Pa באמצעות לחצני ואקום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טמפרטורה, זמן האג&quot;ח בחר, ושיעורי חימום באמצעות שיתוף מכשיר התוכנית<html> תוכנת ntrol (טבלה 1). עבור הטמפרטורה והזמן המליטים, השתמש קצב חימום של 70-80 מעלות צלזיוס / דקת קצב קירור של 50 ° C / min. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גדר 12 s על, 2 s off דופק DC באמצעות המכשיר sintering כפתור. הטית הפעם של ~ 4 V ו זרמו ישר של ~ 550 מוחלים באופן הדרגתי מדגם פעם בתכנית מוגדרת לפעול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על כפתור ההפעלה על המכשיר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את המדגם כאשר התוכנית מסתיימת. לאחר היווצרות bicrystal, המדגם יופיע באפור-שחור בשל סביבת הצמצום של מנגנון SPS. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש תנור בטמפרטורה גבוהה בטמפרטורה של 1,200 מעלות צלזיוס למשך 140 שעות, להחיל שום לחץ במהלך הליך זה, כדי לחשל מחדש לחמצן המדגם באוויר. פרמטרי חישול נבחרו על פי מחקרים קודמים נעשו על ידי ואח Hutt. שבו bicrystals נוצר ואקום גבוה 13. לאחר חישול, המדגם חושף צבע מחוץ לבן הוא מתחמצן. </li></ol>&quot;Jove_title&quot;&gt; 3. בואו לטעום הכנת Bicrystal עבור אלקטרונים Beam הדמיה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Bicrystal חתך עם חוט יהלום ראה לתוך מ&quot;מ 5x1 2 חלקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות חתך פולניות עם סרט לחיכה יהלומים. הגודל חצץ על הסרט לחיכה היהלומים ירד בהדרגה מ -9 מיקרומטר 0.1 מיקרומטר. שנה לגודל חצץ קטן פעם סריטות אחידות על פני השטח. השתמש תנועה platen נגד כיוון השעון במשך 9 מיקרומטר עד 6 מיקרומטר מלחכת הסרט. השתמש תנועת platen נגד כיוון שעון עם ראש מדגם נדנוד עבור 6 מיקרומטר 0.1 מיקרומטר סרט מלחך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דגימות חתך פולניות עם סיליקה colloidal במשך שתי דקות בעזרת מטלית מחצלת. ברציפות לשפוך סיליקה colloidal על מחצלת עם תנועה נגד כיוון השעון platen וראש מדגם נדנוד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חמש עשרה שניות לפני הסרת מדגם, להפסיק לשפוך סיליקה colloidal ויוצקים מים די על המסגרת. יוצקים מים DI עבור חמש עשרה שניות, להסיר מדגם, ומיד לשטוף מדגם<html> במי DI דקות 1. אם הליך זה אינו אחריו, סיליקה colloidal יהיה הקשר פני השטח של המדגם לטשטש את הגבול תבואה במהלך מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר המדגם הוא מלוטש משטח חלק אופטי, דגימות נקיות ultrasonically ברציפות באמבטיות של אצטון, isopropanol, מתנול במשך רבע שעה כל אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר STO מהאמבטיה מתנול למקום מיד על צלחת חמה שנערך בטמפרטורה של 200 מעלות צלזיוס. חימום המדגם לאחר הניקוי מונע היווצרות כתמי אידוי מהאלכוהול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדגם הר מלוטש משטח לעלות על בדל מדגם באמצעות גרפיט colloidal. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גמגום השטח מדגם מעיל עם 2-3 ננומטר של פחמן. השתמש בפרמטרים הבאים עבור coater פחמן: החלטה דופקת של 0.2 ננומטר / דופק, קצב צעד הנוכחי של 0.2 A / דופק, דופק נוכחי של 40 א &#39;, דופק אורך 2 s, וקטניות מקסימלית של 50. </li></ol> 4. ניקוי רשת נחושת FIB = &quot;Jove_content&quot;&gt; הערה: ניקוי לא נכון של הרשת FIB יכול להוביל זיהום הפחמן של lamella של TEM. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים רשת FIB נחושת באמבט isopropanol אצטון ולאחר מכן במשך שעה 1 כל אחד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פלזמה נקיה רשת FIB נחושה במשך 10 דקות. </li></ol> 5. הכנת מיקרוסקופית אלקטרונים הילוכים (TEM) למלה באמצעות אלומת יונים ממוקדת (FIB) Apparatus הערה: כל הפרמטרים ששימשו בעריכת FIB מוקלדים או נבחר מתוך התפריט הנפתח בתוכנה מנגנון FIB. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים מדגם STO ורשת FIB נחושת במנגנון FIB. הבמה היא ב -7 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מצא אזור של עניין לאורך הממשק בין שני גבישים יחידים, כלומר, דגן הגבול. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בתיבת הדו-שיח דפוסים. בשליטת דפוסים, בחר את כלי הדפוסים המלבן עם משטח Ce-DEP נכס יישום. הכנס C-DEP עבור הזרקת גז. להפקיד שכבת מגן 3 15 × 2 × 2 מיקרומטר של גarbon באמצעות קרן אלקטרונים במתח של 5.0 קילו וולט, זרם של 13.0 אנ-איי, זווית הטיה של 0 °. לחזור בו C-DEP. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בתיבת הדו-שיח דפוסים. בשליטת דפוסים, בחר את כלי הדפוסים המלבן עם W-DEP נכס יישום. הכנס W-DEP עבור הזרקת גז. פיקדון 15 × 2 × שכבת מגן 2 מיקרומטר 3 של טונגסטן באמצעות אלומת יונים במתח של 30.0 קילו וולט, זרם של 0.3 NA, זווית הטיה של 52 מעלות. לחזור בו W-DEP. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בתיבת הדו-שיח דפוסים. בשליטת דפוסים, בחר את כלי דפוסי החתך הרגיל עם סי נכס יישום. השתמש 22 × 25 × 15 מיקרומטר 3 עבור הדפוס התחתון של 22 × 27 × 15 מיקרומטר 3 עבור הדפוס העליון במתח של 30.0 קילו וולט, זרם של 30.0 אנ-איים, זווית הטיה של 52 מעלות באמצעות אלומת היונים. הדפוס ייצור טחנת תעלה משני צידי שכבת המגן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בתיבת הדו-שיח דפוסים. בשליטת דפוסים, בחר הנקילחצות בסעיף כלי דפוסים עם יישום רכוש Si. השתמש 22 × 3 × 60 מיקרומטר 3 עבור דפוס העליון והתחתון במתח של 30.0 קילו וולט וזרם של 1.0 NA באמצעות אלומת יונים. זווית ההטיה היא 53.5 מעלות במשך התבנית התחתונה 50.5 מעלות במשך הדפוס העליון. הדפוס מנקה את השטח של lamella מְתוֹעָל מתבנית המיסוך שנובעת דפוסי חתך הרגילים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכי J-דפוס לתוך מדגם שימוש באפשרות הדפוסים המלבן עם יישום רכוש Si. השתמש 2 מיקרומטר עבור רוחב במתח של 30.0 קילו וולט וזרם של 1.0 NA באמצעות אלומת יונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר בתיבת הדו-שיח רם קלה. הכנס את micromanipulator למיקום הפארק. מנמיך את micromanipulator ולצרף המדגם לרשת FIB הנחושת באמצעות ריתוך טונגסטן באמצעות התהליך מפורט 5.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות השלבים המפורטים 5.7, μcut פניית דפוס, המשך מן J-הדפוס המקורי, במדגם באמצעות אלומת יונים במתח של30.0 ק ו ו זרם של 1.0 NA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את lamella באמצעות micromanipulator מעל המדגם בתפזורת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סובב את micromanipulator 180 °, כך דגן הגבול הוא כבר לא מקבילים אלומת יונים, אבל בניצב אלומת יונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טונגסטן לרתך את lamella לסריג FIB נחושת באמצעות השלבים המפורטים 5.4 עם אלומת יונים במתח של 30.0 קילו וולט וזרם של 0.3 NA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את micromanipulator מן lamella באמצעות השלבים המפורטים 5.7 עם אלומת יונים במתח של 30.0 קילו וולט וזרם של 1.0 NA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על השלבים מפורטים 5.3. להפקיד שכבת מגן 15 × 2 × 4 מיקרומטר 3 של פחמן באמצעות קרן אלקטרונים במתח של 5.0 קילו וולט, זרם של 13.0 אנ-איי, זווית הטיה של 0 °. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על השלבים מפורטים 5.4. פיקדון 15 × 2 × שכבת מגן 8 מיקרומטר 3 של טונגסטן באמצעות אלומת יונים במתח של 30.0 קילו וולט, זרם של 0.3 NA, זווית הטיה של 52 מעלות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עםאלומת היונים, רזה המדגם לכ -200 ננומטר באמצעות מתח של 30.0 קילו וולט וזרם הפחתה שיטתית של 0.5 NA, 0.3 NA, ו -0.1 נה. בשלב זה, דפוס חתך ניקוי משמש המדגם הוא מוטה בזווית של 52 ±± 1.5 °. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עם אלומת היונים, רזה מדגם אלקטרוני שקיפות באמצעות מתח של 5.0 קילו וולט וזרם של 77.0 רשות. בשלב זה, תבנית מלבן משמשת עם זווית הטיה של 52 ± 3 °. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר נזק אמורפי שנגרמו מן FIB ידי ניקוי המדגם במתח של 500 eV וזרם של 150 מיקרו-אמפר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מדגם TEM ב בעל TEM ומחזיק התותב מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים סריקה (STEM). &quot;ללכוד&quot; בחר, גבול תבואת תמונה לדוגמא. </li></ol>

<ol>
	<li>Munir, Z. A., Anselmi-Tamburini, U., Ohyanagi, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+electric+field+and+pressure+on+the+synthesis+and+consolidation+of+materials:+A+review+of+the+spark+plasma+sintering+method.">The effect of electric field and pressure on the synthesis and consolidation of materials: A review of the spark plasma sintering method.</a> J. Mater. Sci. 41 (3), 763-777 (2006).</li><li>Chen, W., Anselmi-Tamburini, U., Garay, J. E., Groza, J. R., Munir, Z. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fundamental+investigations+on+the+spark+plasma+sintering/synthesis+process:+I.+Effect+of+dc+pulsing+on+reactivity.">Fundamental investigations on the spark plasma sintering/synthesis process: I. Effect of dc pulsing on reactivity.</a> Mater. Sci. Eng. A. 394 (1-2), 132-138 (2005).</li><li>Holland, T. B., Anselmi-Tamburini, U., Mukherjee, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+fields+and+the+future+of+scalability+in+spark+plasma+sintering.">Electric fields and the future of scalability in spark plasma sintering.</a> Scr. Mater. 69 (2), 117-121 (2013).</li><li>Wan, J., Duan, R., Mukherjee, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spark+plasma+sintering+of+silicon+nitride/silicon+carbide+nanocomposites+with+reduced+additive+amounts.">Spark plasma sintering of silicon nitride/silicon carbide nanocomposites with reduced additive amounts.</a> Scr. Mater. 53 (6), 663-667 (2005).</li><li>Carney, C. M., Mogilvesky, P., Parthasarathy, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidation+Behavior+of+Zirconium+Diboride+Silicon+Carbide+Produced+by+the+Spark+Plasma+Sintering+Method.">Oxidation Behavior of Zirconium Diboride Silicon Carbide Produced by the Spark Plasma Sintering Method.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 92 (9), 2046-2052 (2009).</li><li>Dupeux, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+Oriented+Two-Phase+Bicrystals+by+Diffusion+Bonding+Technique.">Production of Oriented Two-Phase Bicrystals by Diffusion Bonding Technique.</a> J. Cryst. Growth. 66, 169-178 (1984).</li><li>Castro, R., van Benthem, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Sintering: mechanisms of convention nanodensification and field assisted processes. 35, (2012).</li><li>Byeon, S. C., Hong, K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electric+field+assisted+bonding+of+ceramics.">Electric field assisted bonding of ceramics.</a> Mater. Sci. Eng. A. 287 (2), 159-170 (2000).</li><li>Wang, J., Conrad, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+the+space+charge+to+the+grain+boundary+energy+in+yttria-stabilized+zirconia.">Contribution of the space charge to the grain boundary energy in yttria-stabilized zirconia.</a> J. Mater. Sci. 49 (17), 6074-6080 (2014).</li><li>Fujimoto, M., Kingery, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructures+of+SrTiO3+Internal+Boundry+Layer+Capacitors+During+and+After+Processing+and+Resultant+Electrical+Properties.">Microstructures of SrTiO3 Internal Boundry Layer Capacitors During and After Processing and Resultant Electrical Properties.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 68 (4), 169-173 (1985).</li><li>Mitsuma, T., 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=Structures+of+a+&#931;+=+9,+[110]/{221}+symmetrical+tilt+grain+boundary+in+SrTiO3.">Structures of a &#931; = 9, [110]/{221} symmetrical tilt grain boundary in SrTiO3.</a> Journal of Materials Science. 46 (12), 4162-4168 (2011).</li><li>Ikuhara, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grain+Boundary+and+Interface+Structures+in+Ceramics.">Grain Boundary and Interface Structures in Ceramics.</a> J. Ceram. Soc. Jpn. 109 (7), S110-S120 (2001).</li><li>Hutt, S., Kienzle, O., Ernst, F., Ruhle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processing+and+Structure+of+Grain+boundaries+in+Strontium+Titanate.">Processing and Structure of Grain boundaries in Strontium Titanate.</a> Z. Metallkd. 92 (2), 105-109 (2001).</li><li>Takahisa, Y., Ikuhara, Y., Sakuma, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current-voltage+characteristics+across+45&#9702;+symmetric+tilt+boundary+in+highly+donor-doped+SrTiO3+bicrystal.">Current-voltage characteristics across 45&#9702; symmetric tilt boundary in highly donor-doped SrTiO3 bicrystal.</a> J. Mater. Sci. Lett. 20, 1827-1829 (2001).</li><li>Hill, A., Wallach, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modelling+Solid+State+Diffusion+Bonding.">Modelling Solid State Diffusion Bonding.</a> Acta Metall. 37 (9), 2425-2437 (1989).</li><li>Sato, Y., 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=Non-linear+current-voltage+characteristics+related+to+native+defects+in+SrTiO3+and+ZnO+bicrystals.">Non-linear current-voltage characteristics related to native defects in SrTiO3 and ZnO bicrystals.</a> Sci. Technol. Adv. Mater. 4 (6), 605-611 (2003).</li><li>Hirose, S., Nishimura, H., Niimi, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resistance+switching+effect+in+Nb-doped+SrTiO[sub+3]+(100)+bicrystal+with+(100)+&#8764;45&#176;+twist+boundary.">Resistance switching effect in Nb-doped SrTiO[sub 3] (100) bicrystal with (100) &#8764;45&#176; twist boundary.</a> J. App. Phys. 106 (4), 043711-043716 (2009).</li><li>Hutt, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Doctoral Thesis. , (2002).</li><li>Brunner, D., Taeri-Baghbadrani, S., Sigle, W., Ruhle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Suprising+Results+of+a+Studay+on+the+Plasticity+in+Strontium+Titanate.">Suprising Results of a Studay on the Plasticity in Strontium Titanate.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 84 (5), 1161-1163 (2001).</li><li>Gumbsch, P., Taeri-Baghbadrani, S., Brunner, D., Sigle, W., Ruhle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasticity+and+an+inverse+brittle-to-ductile+transition+in+strontium+titanate.">Plasticity and an inverse brittle-to-ductile transition in strontium titanate.</a> Phys. Rev. Lett. 87 (8), 085501-085504 (2001).</li><li>Taeri, S., Brunner, D., Sigle, W., Ruhle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deformation+Behavior+of+Strontium+Titanate+between+Room+Temperature+and+1800K+under+Ambient+Pressure.">Deformation Behavior of Strontium Titanate between Room Temperature and 1800K under Ambient Pressure.</a> Z. Metallkd. 95, 433-446 (2004).</li><li>Takahashi, K., Ohtomo, A., Kawasaki, M., Koinuma, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advanced+Processing+and+Characterization+of+SrTiO3+Single+Crystals+and+Bicrystals+for+High+Tc+Superconducting+Film+Substrate.">Advanced Processing and Characterization of SrTiO3 Single Crystals and Bicrystals for High Tc Superconducting Film Substrate.</a> Mater. Sci. Eng. B. 41, 152-156 (1996).</li><li>Rhodes, W. H., Kingery, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dislocation+Dependence+of+Cationic+Diffusion+in+SrTiO3.">Dislocation Dependence of Cationic Diffusion in SrTiO3.</a> J. Amer. Ceram. Soc. 49 (10), 521-526 (1966).</li><li>Yamamoto, T., Hayashi, K., Ikuhara, Y., Sakuma, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grain+Boundary+Structure+and+Electrical+Properties+in+Nb-Doped+SrTiO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;+Bicrystals.">Grain Boundary Structure and Electrical Properties in Nb-Doped SrTiO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt; Bicrystals.</a> Key Eng. Mater. 181-182, 225-230 (2000).</li><li>Fitting, L., Thiel, S., Schmehl, A., Mannhart, J., Muller, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subtleties+in+ADF+imaging+and+spatially+resolved+EELS:+A+case+study+of+low-angle+twist+boundaries+in+SrTiO3.">Subtleties in ADF imaging and spatially resolved EELS: A case study of low-angle twist boundaries in SrTiO3.</a> Ultramicroscopy. 106 (11-12), 1053-1061 (2006).</li><li>Hughes, L. A., van Benthem, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+SrTiO3+bicrystals+using+spark+plasma+sintering+techniques.">Formation of SrTiO3 bicrystals using spark plasma sintering techniques.</a> Scr. Mater. 118, 9-12 (2016).</li></ol>

We have nothing to disclose.

הטמפרטורה המליטה של ​​1,200 מעלות צלזיוס נבחרה על מנת למקסם דיפוזיה כמו שינויים קטנים בטמפרטורה יכולים מאוד להשפיע על קינטיקה של כל מנגנוני מליטת דיפוזיה. טמפרטורה של 1,200 ° C נמצאת מחוץ לטווח הטמפרטורה השביר רקיע מעבר של STO. עם זאת, במדגם עבר שבר פריך בטמפרטורה זו. הכשל ?...

<html> Sintering פלזמת ספארק (SPS) הוא טכניקה שבה הפעלת לחץ uniaxial גבוהה מובילה זרם ישר פעם אל הציפוף המהיר של אבקת מחזק 1. טכניקה זו גם מובילה להיווצרות המוצלחת של מבנים מרוכבים מחומרים שונים, כולל סיליקון ניטריד / סיליקון קרביד, זירקוניום boride / סיליקון קרביד, או סיליקון קרביד, ללא עזרי sintering נוספים הנדרשים 2, 3, 4, 5. הסינתזה של מבנים מרוכבים אלה על ידי קונבנציונליים חמים קשים היו מאתגרים בעבר. בעוד יישום של לחץ uniaxial גבוה וקצב חימום מהיר באמצעות טכניקת SPS משפר איחוד אבקות וחומרים מרוכבים, התופעה גורמת ציפוף משופר זה נושא לויכוח בספרות 2, 3,class = &quot;Xref&quot;&gt; 6, 7. כמו כן, ישנה רק מידע מוגבל לגבי השפעת שדות חשמליים על היווצרות הגבול תבואה ואת מבנים אטומיים וכתוצאה מכך של ליבות תבואה הגבול 8, 9. מבני ליבה אלה קובעים את תכונות פעילות של חומרי sintered SPS, כוללים פריצה חשמלית של קבלי מתח גבוהים ואת החוזק המכאני וקשיחות של תחמוצות קרמיקה 10. לכן, הבנת מבנה גבול גרעין היסוד כפונקציה של פרמטרי עיבוד SPS, כגון נוכחי מיושם, הוא הכרחי עבור המניפולציה של התכונות הפיסיקליות הכלליות של חומר. שיטה אחת על מנת להבהיר את המנגנונים הפיזיים הבסיסיים שיטתי בבסיס SPS היא היווצרות של מבנים הגבול תבואה ספציפיים, כלומר, bicrystals. Bicrystal נוצר על ידי מניפולציה של שני גבישים יחידים, אשר אז diffuשיאון מלוכד misorientation הספציפי זוויות 11. שיטה זו מספקת באופן מבוקר כדי לחקור את מבני ליבת גבול גרעין יסוד כפונקציה של פרמטרי עיבוד, ריכוז dopant, וטומאת פרדה 12, 13, 14. מליטה דיפוזיה תלויה ארבעה פרמטרים: טמפרטורה, זמן, לחץ, ואווירה מליטה 15. מליטת דיפוזיה קונבנציונלית של titanate סטרונציום (SrTiO 3, STO) bicrystals מתרחשת בדרך כלל בלחץ מתחת ל -1 מגפ&quot;ס, בטווח טמפרטורות של 1,400-1,500 מעלות צלזיוס, וקשקשת הזמן הנעים בין 3 ל -20 שעות 13, 14, 16, 17. במחקר זה, מליט במנגנון SPS מושג בסקלות טמפרטורה וזמן נמוכה משמעותי גomparison לשיטות קונבנציונליות. לקבלת חומרים רבים-גבישים, מופחת סולמות טמפרטורה וזמן באמצעות SPS מגביל באופן משמעותי צמיחת תבואה, ובכך מתן שליטת יתרון של נכסי חומר באמצעות מניפולציה של מייקרו שלה. המנגנון SPS, למדגם 5 × 5 מ&quot;מ 2, מפעיל לחץ מינימלי של 140 מגפ&quot;ס. בתוך טווח הטמפרטורות מליט דיפוזיה הקונבנציונלית, Hutt et al. לדווח שבר מיידי של STO כאשר הלחץ המליט עולה על 10 מגפ&quot;ס 18. עם זאת, STO מפגין התנהגות פלסטית תלוי בטמפרטורה, בלחץ מליטת מציין יכול שיעלה על 10 מגפ&quot;ס בטמפרטורות ספציפיות. מעל 1,200 מעלות צלזיוס ומטה 700 ° C, STO מפגין גמישות מסוימת, שבה מדגיש יותר מ -120 מגפ&quot;ס ניתן ליישם אותו ללא שבר מיידי של המדגם. בתוך טווח טמפרטורות ביניים של 700-1,200 מעלות צלזיוס, STO הוא שביר וחוויות שבר מיידי ב sתלתלים יותר מ -10 מגפ&quot;ס. ב 800 ° C, יש STO deformability קטין לפני לשברים מדגישים פחות מ -200 מגפ&quot;ס 19, 20, 21. לפיכך, טמפרטורות מליטות להיווצרות STO bicrystal באמצעות מנגנון SPS חייבים להיבחר על פי התנהגות הפלסטיות של החומר.

<table><tbody><tr><td>Strontium titanate single crystal (100)</td><td>MTI Corporation</td><td>STOa101005S1-JP</td><td></td></tr><tr><td>Buffered oxide etch, hyrofluoric acid 6:1</td><td>JT Baker</td><td>&amp;nbsp;MBI 1178-03</td><td></td></tr><tr><td>Scanning electron microscope (SEM)</td><td>FEI</td><td>Model: 430 NanoSEM</td><td></td></tr><tr><td>SPS apparatus&amp;nbsp;</td><td>Sumitomo Coal Mining Co</td><td>Model: Dr. Sinter 5000 SPS Apparatus</td><td></td></tr><tr><td>High Temperature Furnace</td><td>Thermolyne</td><td>Model: 41600</td><td></td></tr><tr><td>Ultrasonic Cleaner</td><td>Bransonic</td><td>Model: 221</td><td></td></tr><tr><td>Mechanical polisher</td><td>Allied High Tech Products</td><td>15-2100-TEM</td><td></td></tr><tr><td>Diamond lapping film</td><td>3M</td><td>660XV</td><td>1 &amp;#956;m to 9 &amp;#956;m Grit Size</td></tr><tr><td>Diamond lapping film</td><td>3M</td><td>661X</td><td>0.5 &amp;#956;m to 0.1 &amp;#956;m Grit Size</td></tr><tr><td>Colloidal silica</td><td>Allied High Tech Products</td><td>180-20000</td><td>0.05 &amp;#956;m Grit Size</td></tr><tr><td>Sputter coater</td><td>QuorumTech</td><td>Model: Q150RES</td><td></td></tr><tr><td>Focused ion beam (FIB) instrument&amp;nbsp;</td><td>FEI</td><td>Model: Scios dual-beamed focused ion beam (FIB) instrument&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Nanomill TEM specimen preparation system</td><td>Fischione Instruments</td><td>Model: 1040</td><td></td></tr><tr><td>Transmission electron microscope (TEM)&amp;nbsp;</td><td>JEOL</td><td>Model: JEM2500 SE&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Scanning transmission electron microscope (STEM)</td><td>FEI</td><td>Model: TEAM 0.5&amp;nbsp;</td><td></td></tr></tbody></table>

spark plasma sintering apparatus used for the formation of strontium titanate bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with one twist grain boundary. This apparatus utilizes high uniaxial pressure and a pulsed direct current for rapid consolidation of material. Diffusion bonding of strontium titanate bicrystals without fracture, in a spark plasma sintering apparatus, is possible at high pressures due to the unusual temperature dependent plasticity behavior of strontium titanate. We demonstrate a method for the successful formation of bicrystals at accelerated time scales and lower temperatures in a spark plasma sintering apparatus compared to bicrystals formed by conventional diffusion bonding parameters. Bond quality was verified by scanning electron microscopy. A clean and atomically abrupt interface containing no secondary phases was observed using transmission electron microscopy techniques. Local changes in bonding across the boundary was characterized by simultaneous scanning transmission electron microscopy and spatially resolved electron energy-loss spectroscopy.

טמפרטורה מליטה, זמן, וזווית misorientation היו כל שינה לקבוע פרמטרים אופטימליים הדרושים שבר הממשק מלוכד המרבי האפשרי של STO bicrystal (טבלת 1). הממשק נחשב &#39;מלוכדות&#39; כאשר דגן הגבול לא היה גלוי במהלך ההדמיה SEM (איור 2 א). ממשק &#39;הלא-ערובה &quot;הוצג...

Watch this Scientific Journal Video about Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals at JoVE.com

Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed.

ספארק Apparatus Sintering פלזמה משמש ליצירת סטרונציום Titanate Bicrystals

A spark plasma sintering apparatus was used as a novel method for diffusion bonding of two single crystals of strontium titanate to form bicrystals with ...

spark-plasma-sintering-apparatus-used-for-formation-strontium

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

9.8K Views.  University of California, Davis. A viable technique for the formation of strontium titanate bicrystals at high pressure and fast heating rate via the spark plasma sintering apparatus is developed. 

Video: Spark Plasma Sintering Apparatus Used for the Formation of Strontium Titanate Bicrystals

Fabrication of Spatially Confined Complex Oxides

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from the inherent strong electron correlations that reside within them. These materials can also possess electronic phase separation in which regions of vastly different resistive and magnetic behavior can coexist within a single crystal alloy material. By reducing the scale of these materials to length scales at and below the inherent size of the electronic domains, novel behaviors can be exposed. Because of this and the fact that spin-charge-lattice-orbital order parameters each involve correlation lengths, spatially reducing these materials for transport measurements is a critical step in understanding the fundamental physics that drives complex behaviors. These materials also offer great potential to become the next generation of electronic devices 1-3. Thus, the fabrication of low dimensional nano- or micro-structures is extremely important to achieve new functionality. This involves multiple controllable processes from high quality thin film growth to accurate electronic property characterization. Here, we present fabrication protocols of high quality microstructures for complex oxide manganite devices. Detailed descriptions and required equipment of thin film growth, photo-lithography, and wire-bonding are presented.

We describe the use of pulsed laser deposition (PLD), photolithography and wire-bonding techniques to create micrometer scale complex oxides devices. The PLD is utilized to grow epitaxial thin films. Photolithography and wire-bonding techniques are introduced to create practical devices for measurement purposes.

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

Complex materials such as high Tc superconductors, multiferroics, and colossal magnetoresistors have electronic and magnetic properties that arise from ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Chemistry

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma sintering techniques. Polycrystalline ceramics possessing a unique morphology can be achieved by optimizing the process parameters, particularly spark plasma sintering heating rate. The phase and morphology of the synthesized ceramics were investigated in detail using X-ray diffraction, scanning electron microcopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy. It was observed that the grains of these bulk Pr-doped SrTiO3 ceramics were enhanced with Pr-rich grain boundaries. Electronic and thermal transport properties were also investigated as a function of temperature and doping concentration. Such a microstructure was found to give rise to improved thermoelectric properties. Specifically, it resulted in a significant improvement in carrier mobility and the thermoelectric power factor. Simultaneously, it also led to a marked reduction in the thermal conductivity. As a result, a significant improvement (> 30%) in the thermoelectric figure of merit was achieved for the whole temperature range over all previously reported maximum values for SrTiO3-based ceramics. This synthesis demonstrates the steps for the preparation of bulk polycrystalline ceramics of non-uniformly Pr-doped SrTiO3.

Synthesis of Non-uniformly Pr-doped SrTiO3 Ceramics and Their Thermoelectric Properties

A protocol for the synthesis and processing of polycrystalline SrTiO3 ceramics doped non-uniformly with Pr is presented along with the investigation of their thermoelectric properties.

סינתזה של SrTiO מסומם-PR ללא אחיד<sub&gt; 3</sub&gt; קרמיקה והנכסים תרמיות שלהם

We demonstrate a novel synthesis strategy for the preparation of Pr-doped SrTiO3 ceramics via a combination of solid state reaction and spark plasma ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and conformality by taking advantage of self-limiting reactions between vapor-phase precursors and the growing film. Perovskite oxides present potential for next-generation electronic materials, but to-date have mostly been deposited by physical methods. This work outlines a method for depositing SrTiO3 (STO) on germanium using ALD. Germanium has higher carrier mobilities than silicon and therefore offers an alternative semiconductor material with faster device operation. This method takes advantage of the instability of germanium's native oxide by using thermal deoxidation to clean and reconstruct the Ge (001) surface to the 2&#215;1 structure. 2-nm thick, amorphous STO is then deposited by ALD. The STO film is annealed under ultra-high vacuum and crystallizes on the reconstructed Ge surface. Reflection high-energy electron diffraction (RHEED) is used during this annealing step to monitor the STO crystallization. The thin, crystalline layer of STO acts as a template for subsequent growth of STO that is crystalline as-grown, as confirmed by RHEED. In situ X-ray photoelectron spectroscopy is used to verify film stoichiometry before and after the annealing step, as well as after subsequent STO growth. This procedure provides framework for additional perovskite oxides to be deposited on semiconductors via chemical methods in addition to the integration of more sophisticated heterostructures already achievable by physical methods.

This work details the procedures for the growth and characterization of crystalline SrTiO3 directly on germanium substrates by atomic layer deposition. The procedure illustrates the ability of an all-chemical growth method to integrate oxides monolithically onto semiconductors for metal-oxide semiconductor devices.

הצמיחה epitaxial של perovskite סטרונציום Titanate על גרמניום באמצעות הפקדת אטומית Layer

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia (YSZ) Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) scaffolds with tunable specific surface areas up to 80 m2&#183;g-1. An aqueous solution of a zirconium salt, yttrium salt, and glucose is mixed with propylene oxide (PO) to form a gel. The gel is dried under ambient conditions to form a xerogel. The xerogel is pressed into pellets and then sintered in an argon atmosphere. During sintering, a YSZ ceramic phase forms and the organic components decompose, leaving behind amorphous carbon. The carbon formed in situ serves as a hard template, preserving a high surface area YSZ nanomorphology at sintering temperature. The carbon is subsequently removed by oxidation in air at low temperature, resulting in a porous, nanostructured YSZ scaffold. The concentration of the carbon template and the final scaffold surface area can be systematically tuned by varying the glucose concentration in the gel synthesis. The carbon template concentration was quantified using thermogravimetric analysis (TGA), the surface area and pore size distribution was determined by physical adsorption measurements, and the morphology was characterized using scanning electron microscopy (SEM). Phase purity and crystallite size was determined using X-ray diffraction (XRD). This fabrication approach provides a novel, flexible platform for realizing unprecedented scaffold surface areas and nanomorphologies for ceramic-based electrochemical energy conversion applications, e.g. solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes.

High Temperature Fabrication of Nanostructured Yttria-Stabilized-Zirconia YSZ Scaffolds by In Situ Carbon Templating Xerogels

A protocol for fabricating porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ) scaffolds at temperatures between 1,000 &#176;C and 1,400 &#176;C is presented.

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי<em&gt; באתרו</em&gt; Xerogels בניית תבנית פחמן

We demonstrate a method for the high temperature fabrication of porous, nanostructured yttria-stabilized-zirconia (YSZ, 8 mol% yttria - 92 mol% zirconia) ...

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide electronics community. One of its hallmark features is the existence of a critical LAO thickness of 4 unit-cells (uc) for interfacial conductivity to emerge. Although electrostatic mechanisms have been proposed in the past to describe the existence of this critical thickness, the importance of chemical defects has been recently accentuated. Here, we describe the growth of metal/LAO/STO heterostructures in an ultra-high vacuum (UHV) cluster system combining pulsed laser deposition (to grow the LAO), magnetron sputtering (to grow the metal) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). We study step by step the formation and evolution of the q2DES and the chemical interactions that occur between the metal and the LAO/STO. Additionally, magnetotransport experiments elucidate on the transport and electronic properties of the q2DES. This systematic work not only demonstrates a way to study the electrostatic and chemical interplay between the q2DES and its environment, but also unlocks the possibility to couple multifunctional capping layers with the rich physics observed in two-dimensional electron systems, allowing the fabrication of new types of devices.

Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

We fabricate metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures using a combination of pulsed laser deposition and in situ magnetron sputtering. Through magnetotransport and in situ X-ray photoelectron spectroscopy experiments, we investigate the interplay between electrostatic and chemical phenomena of the quasi two-dimensional electron gas formed in this system.

צמיחה ו Electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures

The quasi 2D electron system (q2DES) that forms at the interface between LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO) has attracted much attention from the oxide ...

Chemical Synthesis of Porous Barium Titanate Thin Film and Thermal Stabilization of Ferroelectric Phase by Porosity-Induced Strain

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its well-balanced ferroelectricity, piezoelectricity, and dielectric constant. In addition, BT does not contain any toxic elements. Therefore, it is considered to be an eco-friendly material, which has attracted considerable interest as a replacement for lead zirconate titanate (PZT). However, bulk BT loses its ferroelectricity at approximately 130 &#176;C, thus, it cannot be used at high temperatures. Because of the growing demand for high-temperature ferroelectric materials, it is important to enhance the thermal stability of ferroelectricity in BT. In previous studies, strain originating from the lattice mismatch at hetero-interfaces has been used. However, the sample preparation in this approach requires complicated and expensive physical processes, which are undesirable for practical applications.
In this study, we propose a chemical synthesis of a porous material as an alternative means of introducing strain. We synthesized a porous BT thin film using a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles were used as an organic template. Through a series of studies, we clarified that the introduction of pores had a similar effect on distorting the BT crystal lattice, to that of a hetero-interface, leading to the enhancement and stabilization of ferroelectricity. Owing to its simplicity and cost effectiveness, this fabrication process has considerable advantages over conventional methods.

Here, we present a protocol for the synthesis of porous barium titanate (BaTiO3) thin film by a surfactant-assisted sol-gel method, in which self-assembled amphipathic surfactant micelles are used as an organic template.

סינתזה של נקבובי בריום חומצה טיטנית סרט דק וייצוב תרמי של שלב Ferroelectric על ידי זן נקבוביות-Induced

Barium titanate (BaTiO3, hereafter BT) is an established ferroelectric material first discovered in the 1940s and still widely used because of its ...

Fused Filament Fabrication (FFF) of Metal-Ceramic Components

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with diverse customization options and favorable production methods is increasing continuously. With fused filament fabrication (FFF), it is possible to produce large and complex components quickly with high material efficiency. In FFF, a continuous thermoplastic filament is melted in a heated nozzle and deposited below. The computer-controlled print head is moved in order to build up the desired shape layer by layer. Investigations regarding printing of metals or ceramics are increasing more and more in research and industry. This study focuses on additive manufacturing (AM) with a multi-material approach to combine a metal (stainless steel) with a technical ceramic (zirconia: ZrO2). Combining these materials offers a broad variety of applications due to their different electrical and mechanical properties. The paper shows the main issues in preparation of the material and feedstock, device development, and printing of these composites.

Fused Filament Fabrication FFF of Metal-Ceramic Components

This study shows multi-material additive manufacturing (AM) using fused filament fabrication (FFF) of stainless steel and zirconia.

פילמנט מאוחה פבריקציה נוספת (FFF) של רכיבי מתכת-קרמיקה

Technical ceramics are widely used for industrial and research applications, as well as for consumer goods. Today, the demand for complex geometries with ...

Bulk and Thin Film Synthesis of Compositionally Variant Entropy-stabilized Oxides

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (Cu variant) entropy-stabilized oxides. Phase pure and chemically homogeneous (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (x = 0.20, 0.27, 0.33) and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O (x = 0.11, 0.27) ceramic pellets are synthesized and used in the deposition of ultra-high quality, phase pure, single crystalline thin films of the target stoichiometry. A detailed methodology for the deposition of smooth, chemically homogeneous, entropy-stabilized oxide thin films by pulsed laser deposition on (001)-oriented MgO substrates is described. The phase and crystallinity of bulk and thin film materials are confirmed using X-ray diffraction. Composition and chemical homogeneity are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive X-ray spectroscopy. The surface topography of thin films is measured with scanning probe microscopy. The synthesis of high quality, single crystalline, entropy-stabilized oxide thin films enables the study of interface, size, strain, and disorder effects on the properties in this new class of highly disordered oxide materials.

The synthesis of high quality bulk and thin film (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O and (Mg0.25(1-x)Co0.25(1-x)Ni0.25(1-x)CuxZn0.25(1-x))O entropy-stabilized oxides is presented.

בתפזורת, סרט דק סינתזה של תחמוצות מיוצב אנטרופיה Variant מאלכוהול

Here, we present a procedure for the synthesis of bulk and thin film multicomponent (Mg0.25(1-x)CoxNi0.25(1-x)Cu0.25(1-x)Zn0.25(1-x))O (Co variant) and ...

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 (STO) Single-crystal Substrates

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio frequency (RF) magnetron sputtering. LSMO nanoparticles were deposited with diameters from 10 to 20 nm and heights between 20 and 50 nm. At the same time, (Gd) Ba2Cu3O7&#8722;&#948; ((Gd) BCO) films were fabricated on both undecorated and LSMO nanoparticle decorated STO substrates using RF magnetron sputtering. This report also describes the properties of GdBa2Cu3O7&#8722;&#948;/ La0.67Sr0.33MnO3 quasi-bilayer films structures (e.g., crystalline phase, morphology, chemical composition); magnetization, magneto-transport, and superconducting transport properties were also evaluated.

Radio Frequency Magnetron Sputtering of GdBa2Cu3O7ÃƒÆ’Ã‚Â¢Ãƒâ€¹Ã¢â‚¬Â 'ÃƒÆ’Ã…Â½ Â´/ La0.67Sr0.33MnO3 Quasi-bilayer Films on SrTiO3 STO Single-crystal Substrates

Here, we present a protocol to grow LSMO nanoparticles and (Gd) BCO films on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio frequency (RF)-sputtering.

תדר רדיו מגנטרון התזה של GdBa2Cu3O7−אלפא/ La0.67Sr0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית3 bilayer קוואזי סרטים על מצעים יחיד-קריסטל3 (STO) SrTiO

Here, we demonstrate a method of coating ferromagnetic La0.67Sr0.33MnO3 (LSMO) nanoparticles on (001) SrTiO3 (STO) single-crystal substrates by radio ...

ספארק Apparatus Sintering פלזמה משמש ליצירת סטרונציום Titanate Bicrystals

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

המצאה של תחמוצות מורכבות מוקפות מרחבית

תבניות מוגדרות אטומי לEpitaxial צמיחה של תחמוצת המורכבת Thin Films

סינתזה של SrTiO מסומם-PR ללא אחיד

הצמיחה epitaxial של perovskite סטרונציום Titanate על גרמניום באמצעות הפקדת אטומית Layer

ייצור טמפרטורה גבוהה של Nanostructured yttria התייצב-Zirconia (YSZ) פיגומים על ידי

צמיחה ו Electrostatic/כימי מאפיינים של מתכת/LaAlO₃/SrTiO₃ Heterostructures

סינתזה של נקבובי בריום חומצה טיטנית סרט דק וייצוב תרמי של שלב Ferroelectric על ידי זן נקבוביות-Induced

פילמנט מאוחה פבריקציה נוספת (FFF) של רכיבי מתכת-קרמיקה

בתפזורת, סרט דק סינתזה של תחמוצות מיוצב אנטרופיה Variant מאלכוהול

תדר רדיו מגנטרון התזה של GdBa₂Cu₃O₇₋_אלפא/ La_0.67Sr_0.33המפעילים הוירטואליים ובעלי התשתית₃ bilayer קוואזי סרטים על מצעים יחיד-קריסטל₃ (STO) SrTiO