Entwicklung künstlicher Ruddlesden-Popper Nickelat-Übergitter auf atomarer Skala

• Antragsteller: Dr. Nicolas Bonmassar
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 563761404

In diesem Projekt wird die Entwicklung innovativer Materialien mit fortschrittlichen Eigenschaften durch die Konstruktion künstlicher Ruddlesden-Popper (RP)-Nickelat-Strukturen untersucht. Diese Materialien werden durch Aufeinanderschichten von Atomschichten hergestellt, um die Kristallstruktur herkömmlicher RP-Phasen zu imitieren. Wir werden „Übergitter“ herstellen, bei denen abwechselnde Schichten verschiedener Nickelatverbindungen in präziser Abfolge aufeinander gestapelt werden. Ziel ist es, festzustellen, ob mit diesem Ansatz defektfreie Strukturen mit funktionellen Eigenschaften erzeugt werden können, wobei fortschrittliche Instrumente wie Transmissionselektronenmikroskopie und Röntgenbeugung zur Validierung eingesetzt werden. Ein Hauptaugenmerk liegt auf der chemischen Modifizierung der Materialien, um „Löcher“ einzubringen, d. h. fehlende Elektronen, die den Stromfluss durch das Material verändern können. Wir werden insbesondere die Dotierung der „rock-salt“-Schichten mit Elementen wie Sr, Ba oder Ca untersuchen. Es wird erwartet, dass diese Dotierungen die Eigenschaften des Materials verbessern, aber es ist unklar, ob sie sich gleichmäßig integrieren oder sich in bestimmten Regionen anhäufen. Mithilfe modernster Spektroskopie- und Bildgebungsverfahren werden wir die Position dieser Dotierungen bestimmen und ihre Auswirkungen auf die Struktur des Materials analysieren. Das Verständnis dieser Effekte ist von entscheidender Bedeutung, um eine Verbindung zwischen den Veränderungen auf atomarer Ebene und den Eigenschaften des Materials herzustellen. Das ehrgeizigste Ziele des Projekts ist es, Hochtemperatur-Supraleiter herzustellen - die Fähigkeit eines Materials, Elektrizität ohne Widerstand zu leiten. Frühere Studien haben gezeigt, dass ähnliche Materialien unter hohem mechanischen Druck supraleitend werden. Unser Ziel ist es, diese Bedingungen mit Hilfe von chemischem Druck und Spannung durch das Substrat, auf dem das Material gewachsen wird, nachzubilden. Wenn dieser Ansatz erfolgreich ist, könnte er nicht nur die Supraleitung reproduzieren, sondern auch zu Materialien mit noch höheren supraleitenden Temperaturen führen. Dafür werden wir die supraleitenden Eigenschaften überprüfen, einschließlich der Messung von Widerstand und Magnetismus unter verschiedenen Bedingungen. Selbst wenn die Supraleitung nicht erreicht wird, wird diese Forschung wertvolle Einblicke in die Beziehung zwischen Struktur und Eigenschaften von RP-Nickelaten liefern. So könnte man beispielsweise untersuchen, wie sich Variationen in der Struktur auf andere wichtige Verhaltensweisen wie Magnetismus und Metallizität auswirken. Diese Erkenntnisse könnten künftigen Forschern bei der Optimierung dieser Materialien sowohl für grundlegende Studien als auch für praktische Anwendungen helfen. Durch Verwendung von Quantenmaterialien soll dieses Projekt neue Ansätze für die Entwicklung von elektronischen und Quantenbauteilen der nächsten Generation eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen