(111)-orientierte CoFe2O4 und NiCo2O4 ultradünne Filme mit einstellbaren elektronischen und magnetischen Eigenschaften

• Antragsteller: Dr. Karsten Küpper
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392675618

Im Rahmen der ersten Förderperiode des Projektes „Ferrimagnetische Spinelle mit einstellbaren elektronischen und magnetischen Eigenschaften“ wurden ultradünne, (001)-orientierte Ferrit- und NiCo2O4-Filme eingehend hinsichtlich i) struktureller Parameter (Grad der Inversion des Spinells, Grenzfläche, Morphologie, Antiphasengrenzen), ii) Valenzzu-stände der Übergangsmetalle (kationische Distribution), und iii) Spin-Zustand und magnetische Anisotropie charakterisiert. Wie bereits angedeutet soll sich die Fortsetzung mit ultradünnen Filmen derselben Materialien beschäftigen, welche eine andere Orientierung als (001) aufweisen. Hier ist die (111)-Orientierung sowohl für CoxFe3-xO4 (x<2) als auch für NixCo3-xO4 (x<2) ultradünne Filme höchst interessant. So weisen (111)-orientierte, ultradünne CoFe2O4 Filme mitunter höhere Spinpolarisation und Koerzivität als (001)-orientierte ultradünne CoFe2O4 Filme aus. Für ultradünne, (111)-orientierte NiCo2O4 Filme wurden hoher Magnetowiderstand und halbleitendes Verhalten berichtet. Diese Eigenschaften und ihre dezidierte Charakterisierung sind unabdingbar um diese Materialien für Anwendungen im Rahmen beispielsweise Spin polarisierter Tunnelströme, magnetische Speichermedien oder auch Anwendungen im Bereich von Elektrokatalyse oder Batterien nutzen zu können. Um das komplexe Zusammenspiel zwischen Doppel- und Superaustauschwechselwirkungen in Abhängigkeit der exakten Stöchiometrie und der entsprechenden Kationenverteilung sowie der o.g. strukturellen Eigenschaften zu untersuchen, werden wir (111)-orientierte ultradünne Filme mittels reaktiver MBE unter partieller molekularer oder atomarer Sauerstoffatmosphäre (Plasmaquelle) synthetisieren. Diese Methode ermöglicht Wachstumskontrolle bis zur Größe der Einheitszelle, so dass sehr gute strukturelle Eigenschaften erreicht werden. Die strukturelle Charakterisierung der dünnen Filme wird mittels LEED, XRR und GI(XRD) erfolgen, auch die mikrostrukturellen Eigenschaften der Oberfläche (SEM, AFM) und der Grenzfläche (TEM) werden analysiert. Die elektronische Struktur sowie die stöchiometrischen Eigenschaften werden mit XPS/UPS und HAXPES untersucht. Des Weiteren werden temperaturabhängige Messungen bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit durchgeführt. MOKE, VSM/SQUID sowie Magnetowiderstands-Messungen zur Charakterisierung der makroskopischen magnetischen Eigenschaften eingesetzt werden. Ausgewählte Proben werden am Synchrotron mit weitergehenden HAXPES, XRMR/ XMCD-Experimenten hinsichtlich elementspezifischer elektronischer und magnetischer Eigenschaften charakterisiert. Die Ergebnisse dieser Experimente werden mit geeigneten theoretischen Ansätzen analysiert und verglichen, um ein möglichst komplettes Bild der Eigenschaften der o.g. stöchiometrischen und nicht-stöchiometrischen Oxide mit normaler, gemischter, oder inverser Spinell-Struktur zu erhalten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen