Epitaxie, elektrischer Transport und Phasenübergänge in ladungsgeordneten Ruddlesden-Popper Perowskit Oxid Schichten

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Jooss
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 452483478

In diesem Vorhaben möchten wir Wachstumsmechanismen und Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von halbdotierten epitaktischen Pr-Ca-Mn-O (PCMO) Ruddlesden-Popper-Filmen (RP) der Ordnung n=1 und n=2 untersuchen. Die RP-Phasen der Manganate stellen quasi-zweidimensionale hochkorrelierte Elektronensysteme mit Polaron-Quasiteilchen dar, die zu einer ladungsgeordneten Phase kristallisieren können. Die Ladungsordnung kann durch externe Stimuli „aufgeschmolzen“ werden und besitzt langlebige Elektron-Loch-Paar-Anregungen. Das ermöglicht faszinierende neue Funktionen insbesondere in der Photovoltaik, Sensorik und Mikroelektronik. In dem Vorhaben geht es vor allem darum, ein Verständnis der Mechanismen die die Wachstumsorientierung epitaktischer Schichten bestimmen zu erhalten. Diese sind nicht alleine durch die Fehlpassung zum Substrat, sondern auch die Chemie der Oberfläche / Grenzfläche bestimmt. Weiterhin sollen die mit der Spannungsrelaxation entstehenden Defekte bestimmt und ihre Auswirkung auf die Ordnungstemperatur untersucht werden. Die Herstellung als dünne Schichten bietet dabei die Möglichkeit, die Eigenschaften der Filme durch Epitaxie, Dehnungen und Defekte gezielt zu steuern, um die Funktionalitäten in Heterojunctions zu beeinflussen. Die Deposition erfolgt mittels gepulster Laserdeposition (PLD). Den Schwerpunkt der Charakterisierung bilden Untersuchungen der Epitaxie und Dehnungen (Röntgenbeugung, TEM), des Wachstumsprozesses (AFM, SEM) und der elastischen Spannungen (Balkenbiegemethode). Dies erfolgt in Kombination mit temperaturabhängigen elektrischen Transportmessungen in magnetischen und elektrischen Feldern. Die Untersuchung der Defekte und der Ladungsordnung erfolgt mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM). Aufbauend auf der ersten Phase des Projektes die auf Ruddlesden-Popper-Manganat Filme der Ordnung n=1 mit einem Tc=320 K fokussiert, soll in der zweiten Phase die Arbeiten auf die Ordnung n=2 und höher erweitert werden, die höhere Übergangstemperaturen von bis zu 370 K aufweisen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich(e): Dr. Sarah Hoffmann-Urlaub