Präparationsanlage für gepulste Laserdeposition oxidischer Hetero- und Hybridstrukturen (PLD-System)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Präparationsanlage für gepulste Laserdeposition wurde in den ersten drei Jahren seit Inbetriebnahme u.a. für die Herstellung folgender oxidischer Heterostrukturen eingesetzt: (i) LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO) in (001)-Orientierung: LAO/STO ist das prototypische Materialsystem auf dem noch jungen Gebiet der Oxid-Nanoelektronik. An der Grenzfläche der beiden Halbleiter bildet sich oberhalb einer kritischen LAO-Filmdicke von vier Einheitszellen ein zweidimensionales Elektronensystem (2DES) hoher Mobilität aus. Eine Erklärung für die Ausbildung des 2DES ist der Mechanismus der sog. elektronischen Rekonstruktion: Elektronen werden von der Filmoberfläche an die Grenzfläche transferiert, um die elektrische Potentialdifferenz in dem polaren LAO-Film auszugleichen. Die elektrostatische Kopplung von Filmoberfläche und Grenzfläche konnte durch Adsorbatexperimente u.a. mit H2O nachgewiesen werden. Die aktive Spezies, die dabei zu einer Änderung der 2DES-Ladungsträgerkonzentration führt, ist durch Dissoziation entstandener, atomarer Wasserstoff. (ii) LaAlO3/SrTiO3 (LAO/STO) in (111)-Orientierung: In (111)-Orientierung weist LAO/STO im Realraum eine Honigwaben-Gitterstruktur ähnlich wie Graphen auf. Für derartige Gittersymmetrien werden neuartige, sog. topologische Phasen vorhergesagt, die u.a. durch die Ladungsträgerkonzentration eingestellt werden können. Durch Bestrahlung mit Synchrotronlicht bei gleichzeitiger O2-Dosierung gelang es bereits, über die Einstellung der Sauerstofffehlstellenkonzentration die Ladungsträgerdichte und damit die elektronischen Eigenschaften des 2DES zu variieren. Spektroskopische Untersuchungen zur elektronischen Natur des 2DES laufen gerade. (iii) BaBiO3/SrTiO3: Bandrechnungen zufolge handelt es sich bei BaBiO3 bei ausreichender Elektronendotierung um einen topologischen Isolator. Bekannt ist, dass p-dotiertes BaBiO3 (BBO) supraleitend wird. Dies eröffnet die Möglichkeit, in einer Schichtstruktur an der Grenzfläche zwischen p- und n-dotiertem BBO exotische Supraleitung bzw. Anregungen, sog. Majorana-Fermionen, zu beobachten. Mittlerweile konnten als Voraussetzung für solche Experimente hochqualitative BBO-Filme hergestellt werden. Weitere Aktivitäten umfassten die Herstellung von Vanadat-, Titanat- und Iridat-Dünnfilmen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Electronic reconstruction at the isopolar LaTiO3/LaFeO3 interface: An x-ray photoemission and density-functional theory study. Physical Review Letters 113, 237402 (2014)
J. E. Kleibeuker et al.
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Band bending and alignment at the spinel/perovskite γ-Al2O3/SrTiO3 heterointerface. Physical Review B 91, 165118 (2015)
P. Schütz et al.
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Monitoring non-pseudomorphic epitaxial growth of spinel/perovskite oxide heterostructures by reflection high-energy electron diffraction. Applied Physics Letters 106, 063108 (2015)
P. Schütz et al.
