3D-Strukturierung von dünnen Oxid-Mehrfachschichten mit dem Ionenstrahl

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Sibylle Gemming; Dr. Shengqiang Zhou
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405595647

Ungewöhnliche Materialeigenschaften wie Supraleitung, der Metall-Isolator-Übergang, der Riesenmagnetwiderstand, oder Ladungs- und Orbitalordnung in Oxiden beruhen auf einem komplexen Wechselspiel von Ladungs-, Spin-, Orbital- und Gitter-Freiheitsgraden. Gering¬fügige strukturelle Veränderungen durch die Variation von Temperatur, Druck oder chemischer Umgebung beeinflussen dieses Gleichgewicht und so die Materialeigenschaften. Die Feinabstimmung dieser Wechselwirkungen hat sich jedoch als schwierig erwiesen. Demgegenüber hat sich „Defect engineering“ durch Ionenbestrahlung, das zu Dehnungen und elektronischen Störungen führen kann, als eine leistungsfähige Technik zur Feinabstimmung unzugänglicher komplexer Phasen von Oxid-Dünnfilmen erwiesen. Im hier beantragten Vorhaben sollen konkret die magnetischen, elektrischen und ferroischen Eigenschaften von NiCo2O4 und seiner Heterostruktur mit BiFeO3 durch Ionenbestrahlung moduliert werden. Durch die Verwendung von Lithographie und/oder fokussiertem Ionenstrahl kann 3D-Defekt-Engineering realisiert werden, wodurch die physikalischen Eigenschaften von NiCo2O4/BiFeO3 maßgeschneidert werden können. Das Endziel ist es, eine solche abgestimmte Heterostruktur als Avenue für innovative Spintronik-Bauelemente zu untersuchen. The Gruppe an der National Chiao Tung Universität verfügt über große Erfahrung in der Herstellung epitaktischer NiCo2O4- und BiFeO3- Dünnschichten. Die Gruppe am HZDR hat bereits erfolgreich dünne Filme mit unterschiedlicher Ionen und Energien bestrahlt. Auch die Detailcharakterisierung struktureller, magnetischer und elektrischer Filmeigenschaften wird am HZDR durchgeführt. Die Gruppe an der TU Chemnitz unterstützt dies durch spinpolarisierte Dichtefunktionalrechnungen, aus denen auf optimale Bedingungen für die Bildung magnetischer Defekte und ihre Auswirkung auf die Eigenschaften der NiCo2O4-Schichten geschlossen wird. Das komplementäre Methodenspektrum der drei Gruppen wird so einen Pfad zu neuen Funktionalitäten von dünnen Oxid-Mehrfachschichten durch “3D-Strukturierung” erschließen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Taiwan
• Partnerorganisation: National Science and Technology Council (NSTC)
• Kooperationspartner: Professor Dr. Ying-Hao Chu