Neue funktionale Schichtsysteme auf der Basis künstlicher heteroepitaktischer Mehrlagenstrukturen aus Übergangsmetalloxiden

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Durch die in den vergangenen Jahren gemachten enormen Fortschritte in der Dünnschichttechnologie oxidischer Materialien lassen sich diese Materialien ähnlich wie bei der Heteroepitaxie von Halbleitern heute kontrolliert lagenweise in komplexen Heterostrukturen herstellen. Dies eröffnet einerseits die Möglichkeit, die sehr vielseitigen physikalischen Eigenschaften von Oxiden (z.B. supraleitend, halbleitend, magnetisch, magnetoresistiv, ferroelektrisch, nichtlinear optisch) in funktionalen Schichtsystemen gezielt zu integrieren und dadurch Materialsysteme mit neuarigen oder verbesserten Eigenschaften zu erzeugen. Andererseits können mit Hilfe der künstlich erzeugten Schichtsysteme neue physikalische Fragestellungen untersucht werden. Im Rahmen des beantragten Vorhabens sollen neuartige Schichtsysteme auf der Basis von Übergangsmetalloxiden mit Hilfe von Laser-Molekularstrahlepitaxie (L-MBE) synthetisiert und ihre strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften untersucht werden. Der Schwerpunkt soll dabei auf der Integration von elektronischen und magnetischen Eigenschaften liegen. Dies soll durch das gezielte Einbringen von magnetischen Ionen in isolierende, halbleitende oder leitende Oxide in Form von künstlichen Übergitterstrukturen erfolgen. Die künstlich erzeugte Lagenstruktur ermöglicht ein gezieltes "Spin-Engineering", wodurch es möglich erscheint, neuartige (anti)ferromagnetische Halbleiter und metallische Systeme mit hoher Spinpolarisation zu synthetisieren, wie sie für Anwendung in der Spinelektronik benötigt werden. Für die Entwicklung eines fundierten mikroskopischen Verständnisses der integrierten Materialsysteme soll durch hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM, EFTEM) sowie durch Elektronennergieverlust-Spektroskopie (EELS) die genaue kristalline Anordnung der künstlichen Festkörper bestimmt werden. Hierbei spielt vor allem das Veständnis von Grenzflächen, Defektstrukturen oder Inhomogenitäten der Zusammensetzung eine entscheidende Rolle. Die strukturellen Daten sollen mit den magnetischen und elektrischen Transporteigenschaften korreliert werden. Besonders hervorzuheben für oxidische Materialien ist die Möglichkeit, die Sauerstoffverteilung mittels der Fokusserienrekonstruktion von Hochauflösungsaufnahmen oder Großwinkel-Dunkelfeldabbildungen in TEM lokal zu untersuchen. Das Philips CM300UT der Universität Bonn stellt eines der wenigen Geräte weltweit dar, in dem beide Methoden mit quasi-atomarer lateraler Auflösung angewandt werden können. Durch die systematische Korrelation von Defektstruktur und physikalische Eigenschaften soll die Grundvoraussetzung für die kontrollierte Entwicklung neuartiger funktionaler Schichtsysteme geschaffen werden.