Aufbau nanoelektronischer Bauelemente auf Lithiumniobat-Templaten mittels Ferroelektrischer Lithografie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Methode der Ferroelektrische Lithographie ermöglicht auf geeigneten Substraten wie Lithiumniobat eine auf die Domänenwände beschränkte und dadurch sehr präzise Deposition von Nanostrukturen. Zu Projektbeginn war bekannt, dass sich das Verfahren für Edelmetalle (Ag, Au, Pt) und den ionischen Farbstoff Rhodamin 6G eignet. Die Arbeiten am Projekt setzten sich mit der Übertragung dieses Ansatzes auf größere Nanobausteine wie CNTs oder DNA-Moleküle auseinander. Dabei stellte sich heraus, dass durch UV-Licht induzierte nasschemische Reaktionen von Suspensionen dieser Stoffe durch eine unerwünschte Abscheidung von Zusatzstoffen an den DWs dominiert wird. Unter geeigneten Bedingungen ist ein Aufbau von DNA-Strukturen an DWs in einem mehrschrittigen Prozess dennoch möglich. Auch zeigen andere ionische Farbstoffe (Alexa 647, Evans Blue, Cresyl Violet, Nile Blue) die erwartete Deposition an den DWs. Die die Nanostrukturgeometrien definierenden DWs lassen sich dabei mittels UV-induziertem Domänenschreiben erzeugen. Weitere Arbeiten befassten sich mit der Charakterisierung des elektrischen Transportverhaltens der DWs, da sich dieses drastisch vom umgebenden isolierenden Kristallvolumen unterscheidet und dadurch die Deposition nachhaltig beeinflusst. Wie gezeigt werden konnte, erstreckt sich die Leitfähigkeit auch auf AC-Frequenzen im kHz-Bereich und ist direkt mit der Polarisationsladungsdichte, d.h. der DW-Geometrie (Neigungswinkel zur polaren Achse) korreliert. Dies war auch durch kontaktfreie Messungen mittels Photoelektronenemissionsmikroskopie nachweisbar. Darüber hinaus haben wir zerstörungsfreie optische Methoden entwickelt, um DWs durch das gesamte Kristallvolumen von bis zu 500 µm Dicke zerstörungsfrei mit beugungsbegrenzter Auflösung abzubilden und die für Leitfähigkeitsanalysen entscheidenden Informationen (Neigungswinkelverteilung) zu extrahieren. Diese Daten, welche einer örtlichen variierenden Leitfähigkeitsverteilung entsprechen, wurden zu einer Netzwerkmodellierung von DWs benutzt.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Nanoscale and macroscopic electrical AC transport along conductive domain walls in lithium niobate single crystals. Mater. Res. Express 1, 035012 (2014)
M. Schröder, X. Chen, A. Haußmann, A. Thiessen, J. Poppe, D. Bonnell, and L.M. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/2053-1591/1/3/035012) - Real-time three-dimensional profiling of ferroelectric domain walls. Appl. Phys. Lett. 107, 152905 (2015)
T. Kämpfe, P. Reichenbach, A. Haußmann, T. Woike, E. Soergel, and L. M. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1063/1.4933171) - Time-resolved photo-luminescence spectroscopy of Nb4+Nb and O− polarons in LiNbO3 single crystals. Phys. Rev. B 93, 174116 (2016)
T. Kämpfe, P. Reichenbach, A. Haußmann, A. Thiessen, T. Woike, R. Steudtner, and L.M. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.174116) - Advanced analysis of domain walls in Mg doped LiNbO3 crystals with high resolution OCT. Opt. Express 25, 14871 (2017)
L. Kirsten, A. Haußmann, C. Schnabel, S. Schmidt, P. Cimalla, L.M. Eng, and E. Koch
(Siehe online unter https://doi.org/10.1364/OE.25.014871) - Bottom-up assembly of molecular nanostructures by means of ferroelectric lithography. Langmuir 33, 475 (2017)
A. Haußmann, A. Gemeinhardt, M. Schröder, T. Kämpfe and L.M. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.6b03405) - Enhancing the domain wall conductivity in lithium niobate single crystals. ACS Nano 11, 4816 (2017)
C. Godau, T. Kämpfe, A. Thiessen, L.M. Eng, and A. Haußmann
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acsnano.7b01199) - Polarization driven conductance variations at charged ferroelectric domain walls. Nanoscale 9, 10933 (2017)
A.-S. Pawlik, T. Kämpfe, A. Haußmann, T. Woike, U. Treske, M. Knupfer, B. Büchner, E. Soergel, R. Streubel, A. Koitzsch, and L.M. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1039/c7nr00217c) - Three-dimensional, time-resolved profiling of ferroelectric domain wall dynamics by spectral-domain optical coherence tomography. Ann. Phys. (Berlin) 529, 1700139 (2017)
A. Haußmann, L. Kirsten, S. Schmidt, P. Cimalla, L. Wehmeier, E. Koch, and L.M. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/andp.201700139) - Dipole-tunneling model from asymmetric domain-wall conductivity in LiNbO3 single crystals. Phys. Rev. Appl. 10, 034002 (2018)
S.Y. Xiao, T. Kämpfe, Y.M. Jin, A. Haußmann, X.M. Lu, and L.M. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.034002) - Resistor Network Modeling of Conductive Domain Walls in Lithium Niobate. Adv. Electron. Mater. 4, 1700242 (2018)
B. Wolba, J. Seidel, C. Cazorla, C. Godau, A. Haußmann, and L.M. Eng
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/aelm.201700242)
