UV-Excimerlaser für die Laser-Molekularstrahlepitaxie

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik ; Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 220059617

• Erstellungsjahr: 2016

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Der beschaffte UV-Excimerlaser ist das zentrale Gerät der am Institut vorhanden Anlagen für das Laserstrahlverdampfen. Mit diesen Anlagen werden unter anderem oxidische Dünnschichten aus Strontiumtitanat oder dem Hochtemperatur-Supraleiter Yttrium-Barium-Kupferoxid hergestellt. Das Ausgangsmaterial wird durch Laserpulse mit ausreichend hoher Energiedichte in ein Plasma verwandelt und wächst epitaktisch auf geeigneten Substraten auf. Aus den dünnen Schichten werden von uns mithilfe mikrostrukturierender Verfahren neuartige elektronische Bauelemente gefertigt. Da die Schichtqualität die Funktionalität der späteren Bauelemente bestimmt, mussten zunächst die Wachstumsparameter während der Laserdeposition optimiert werden. Hierbei kam die statistische Versuchsplanung zum Einsatz. Es wurden die Substrattemperatur, der Sauerstoffdruck und die vom Laser erzeugte Energiedichte bis 2 J/cm² variiert. Mit den so optimierten Schichten wurden zwei neuartige Bauarten supraleitender Quanteninterferometer (SQUIDs) realisiert, die auf die Untersuchung magnetischer Nanoteilchen angepasst sind. Es konnte gezeigt werden, dass sich ein SQUID-Typ für Magnetorelaxometrie-Messungen an diesen Nanopartikeln eignet. Um das magnetische Verhalten einer geringen Anzahl an Nanopartikeln untersuchen zu können, wurde ein zweiter Sensor entwickelt. Dieser kompensiert externe Anregungsfelder, wodurch seine Empfindlichkeit deutlich gesteigert werden konnte. Desweiteren wurden Arbeiten für die Herstellung von neuen und verbesserten Josephson-Cantilevern geleistet. Diese werden am Institut für die ortsaufgelöste Mikrowellenspektroskopie verwendet. Der beschaffte UV-Excimerlaser erfüllt unsere Anforderungen an die gepulste Laserdeposition in vollem Umfang und mit großer Zuverlässigkeit.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Field Stability of a Directly Coupled High-Tc SQUID Design Regarding MRX Measurements” IEEE Trans. Appl. Superconductivity, Vol. 23, No.3 (2013)
  Guillaume, A; Ludwig F.; Scholtyssek, J. M.; Schilling, M
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1109/TASC.2012.2231893)
• Design of experiments for highly reproducible pulsed laser deposition of YBa2Cu3O7-d” J, Phys. D: Appl. Phys. 47 (2014) 034008
  Schilling, M.; Guillaume, A; Scholtyssek, J. M.; Ludwig, F.
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/47/3/034008)
• “Dipole-Sensitive Homogeneous-Field Compensated High-Tc DC SQUID” IEEE Trans. Appl. Superconductivity, Vol. 25, No.3 (2015)
  Guillaume, A; Ludwig F.; Kajevic, D.; Scholtyssek, J. M.; Schilling, M.
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1109/TASC.2014.2359764)
• „SQUIDs für die Charakterisierung magnetischer Nanopartikel“ Dissertation TU Braunschweig (2015), ISBN: 978 3 86387 642 5
  Guillaume, Alexander
  
• “Magnetorelaxometry of few Fe3O4 nanoparticles at 77 K employing a selfcompensated SQUID magnetometer”, J. Magn. Magn. Mater. 408 (15) 46-50 (2016)
  Guillaume, A; Scholtyssek, J. M.; Lak, A.; Kassner, A.; Ludwig, F.; Schilling, M.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2016.01.071)