Laserdepositionsanlage für dünne Schichten

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222708598

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Laserdepositionsanlage wird bisher ausschließlich für die Epitaxie von Schichtsystemen aus komplexen Übergangsmetalloxiden eingesetzt. Sie wird von 3-4 Doktoranden und 1-2 Postdoktoranden ständig genutzt. Die Arbeitsgruppe stellt alle untersuchten Dünnschichtproben selbst her, das waren typischerweise ca. 300-400 Proben pro Doktorarbeit. Die publizierten Arbeiten liegen im Bereich Magnetismus und Ferroelektrizität / Multiferroika und stehen meistens im Zusammenhang mit dem SFB 762 „Funktionalität oxidischer Grenzflächen“. Die Arbeitsgruppe ist ein zentraler Probenhersteller im SFB. Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten seit der Inbetriebnahme der PLD-Anlage betrifft den Einfluss elastischer (epitaktischer / reversibler) Dehnungen auf Eigenschaften magnetischer und ferroelektrischer Oxidschichten des Typs ABO3. Es wurde insbesondere ein einkristallines piezoelektrisches Substrat (0.72PbMg1/3Nb2/3O3-0.28PbTiO3) für reversible Dehnungen verwendet, das aufgrund der leicht reaktiven PbO x-haltigen Oberfläche für einige der aufgewachsenen Oxide umfangreiche Wachstumsstudien erforderte. Es wurden magnetische Einzelschichten, Supergitter und ferroelektrische Schichtsysteme auf PMN-PT präpariert. Durch Röntgendiffraktometrie konnte eine vollständige Dehnungsübertragung vom Substrat in die Schichten nachgewiesen und ihre lineare elastische Reaktion (Poissonzahl) ermittelt werden. Die auf diese Weise gut bekannten epitaktischen Dehnungen erlaubten eine direkte Messung der Dehnungsabhängigkeit der funktionsrelevanten Eigenschaften ferroischer Schichtsysteme. Dazu gehören unter anderem die Magnetisierung, die Ramanstreuung, ferroelektrische Domänenwandgeschwindigkeiten und der flexoelektrische Effekt. Auch selbstorganisierte kolumnare multiferroische Kompositschichten (CoFe2O4-BaTiO3) wurden durch alternierende Laserablation von zwei Targets hergestellt. Einen zweiten Schwerpunkt bilden atomar definierte kohärente Grenzflächen zwischen zwei Oxiden. Hier konnte im Rahmen der Doktorarbeit von S. Das gezeigt werden, wie die atomare Terminierung die Art und die Stärke der magnetischen Austauschkopplung bestimmt (am Bsp. La0.7Sr0.3MnO3-SrRuO3).

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Annealing control of magnetic anisotropy and phase separation in CoFe2O4-BaTiO3 nanocomposite films. J. Appl. Phys. 114, 233910 (2013)
  M. Rafique et al.
  
• Static and reversible elastic strain effects on magnetic order of La0.7Ca0.3MnO3/SrTiO3 superlattices. Journal of Applied Physics 115, 143902 (2014)
  S. Das et al.
  
• Strain induced low mechanical switching force in ultrathin PbZr0.2Ti0.8O3 films. Applied Physics Letters 105, 012903 (2014)
  E.-J. Guo et al.
  
• train response of magnetic order in perovskite-type oxide films. Phil. Trans. R. Soc. A 2014 372, 20120441 (2014)
  A. Herklotz et al.
  
• Ferroelectric 180° Domain Wall Motion Controlled by Biaxial Strain. Adv. Mater. 27, 1615 (2015)
  E.-J. Guo et al.
  
• Stoichiometry control of complex oxides by sequential pulsed-laser deposition from binary-oxide targets. Applied Physics Letters 106, 131601 (2015)
  A. Herklotz et al.
  
• Strain dependence of antiferromagnetic interface coupling in La0.7Sr0.3MnO3/SrRuO3 superlattices. Physical Review B 91, 134405 (2015)
  S. Das et al.
  
• Strain-induced improvement of retention loss in PbZr0.2Ti0.8O3 films. Applied Physics Letters 106, 072904 (2015)
  E.-J. Guo et al.
  
• Influence of piezo-electric strain on the Raman spectra of BiFeO3 films deposited on PMN-PT substrates. Appl. Phys. Lett. 108 (2016) 042902
  C. Himcinschi et al.
  
• Controllable piezoelectricity of PbZr0.2Ti0.8O3 film via in-situ strain. Appl. Phys. Lett. 110, 032901 (2017)
  H. J. Lee et al.