Optische Phasenkontrolle in ultradünnen Manganatschichten

• Applicant: Dr. Elke Beyreuther
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2011 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 193779445

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

In den hier untersuchten Lanthanmanganatdünnfilmen auf Strontiumtitanat wurde eine signifikante Photoleitfähigkeit nur in sauerstoffreduzierten Proben beobachtet, unabhängig von der exakten Manganatverbindung. Weiterhin ist in solchen reduzierten und somit im gesamten Temperaturbereich isolierenden Proben eine Wiederherstellung des manganattypischen Metal-Isolator-Übergangs durch Beleuchtung möglich. Es kommt bei den beobachteten photoinduzierten Phänomenen zu einer Ursachenüberlagerung. Ein kleine intrinsische Photoleitfähigkeit der jeweiligen Manganatschichten konnte nicht ausgeschlossen werden, jedoch liefern auch Grenzflächendefekte und vor allem die Photoleitfähigkeit des Substrates wesentliche Anteile, die zudem in ihrer Gewichtung von der Temperatur, den Beleuchtungsparametern und der Realstruktur der Probe abhängen. Als Ladungsträgertyp der genannten Photoleitungsprozesse konnten in allen Fällen Elektronen bestimmt werden, unabhängig von der nominellen, stöchiometrisch begründeten Dotierung der Ausgangsverbindung. Der photoleitenden Zustand erwies sich als nicht persistent, allerdings mit einer aufgrund der langen Photorelaxationszeiten des Strontiumtitanatsubstarts langsam abklingenden Komponente. Messungen des Mangnetwiederstandes unter Beleuchtung zeigen, dass auch dieser Effekt wesentlich durch entsprechendes Verhalten des Substrates hervorgerufen wird. In der am stärksten ungeordneten Probe (LCeMO mit Nanoclustern) des Projektes konnte zusätzlich ein erheblicher Elektrowiderstand festgestellt werden. Die entscheidende Rolle des SrTiO3 -Substrates bei jeglichen photoinduzierten Prozessen legt die Notwendigkeit einer kritischen Neubewertung von früheren in der Literatur festgehaltenen Photoleitfähigkeitsergebnissen an Manganaten auf eben diesem Substrat nahe! Weitere, ursprünglich nicht geplante Ergebnisse sind detaillierte defektspektroskopische Analysen der blanken SrTiO3-Oberfläche sowie der LaAlO3 /SrTiO3-Grenzfläche mittels Oberflächenphotospannungsmessungen.

Publications

• Conducting and insulating LaAlO3 /SrTiO3 interfaces: A comparative surface photovoltage investigation. Journal of Applied Physics 114, 243709 (2013)
  Beyreuther, E.; Paparo, D.; Thiessen, A.; Grafström, S. & Eng, L. M.
  
• Conductivity and magnetoresistance of La0.7 Ce0.3 MnO3−δ thin films under photoexcitation. Journal of Physics: Condensed Matter 27, 025503 (2015)
  Thiessen, A.; Beyreuther, E.; Werner, R.; Kleiner, R.; Koelle, D. & Eng, L. M.
  
• The Mn2+ /Mn3+ state of La0.7 Ce0.3 MnO3 by oxygen reduction and photodoping. Journal of Physics: Condensed Matter 26, 045502 (2014
  Thiessen, A.; Beyreuther, E.; Grafström, S.; Dörr, K.; Werner, R.; Kleiner, R.; Koelle, D. & Eng, L. M.
  
• Electronic surface properties of SrTiO3 derived from a surface photovoltage study. Surface Science 612, 1–9 (2013)
  Thiessen, A.; Beyreuther, E.; Werner, R.; Koelle, D.; Kleiner, R. & Eng, L.M.
  
• Quantifying the electrical transport characteristics of electron-doped La0.7 Ce0.3 MnO3 thin films through hopping energies, Mn valence, and carrier localization length. Journal of Physics and Chemistry of Solids 80, 26–33 (2015)
  Thiessen, A.; Beyreuther, E.; Werner, R.; Koelle, D.; Kleiner, R. & Eng, L.M.