Tuning the electrical properties of of complex oxides by field effect gating using ionic gels

• Applicant: Dr. Tanja Graf
• Subject Area: Solid State and Surface Chemistry, Material Synthesis
• Term: from 2011 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 212470574

Feldeffekt-Transitoren (FETs) sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Die Anwendung der Feldeffekt-Steuerung auf neue Materialien kann zu einer Veränderung ihrer elektrischen Leitfähigkeit führen und z.B. Metall-Isolator-(MI-) Übergänge und Supraleitung begünstigen. Komplexe Oxide, deren elektrische Eigenschaften vom Grad der chemischen Dotierung abhängen, sind ideale Kandidaten für diesen Ansatz. Ein FET zeichnet sich dadurch aus, dass, mit Hilfe zweier, als Quelle und Senke dienenden Kontakte, eine Spannung über einen halbleitenden Kanal angelegt wird. Dieser Kanal ist wiederrum durch ein Dielektrikum von einem weiteren Kontakt getrennt. Wird nun eine zusätzliche (Steuer-)Spannung über das Dielektrikum angelegt, bilden sich Ladungsträger an der Grenzfläche des Halbleiters, ähnlich einem Kondensator. Diese Ladungsträger induzieren, aus Gründender elektrischen Neutralität, entgegengesetzte Ladungen im Halbleiter. Dadurch wird, reversibel und durch die anliegende Steuerspannung schaltbar, aus einem isolierenden einleitfähiges Material. Allerdings ist die durch herkömmliche Dielektrika erreichbare Ladungträgerdichte zu gering, um die elektrischen Eigenschaften komplexer Oxide merklich zu ändern. Ionengele (=durch Zusatz eines Polymers gelierte ionische Flüssigkeiten) stelleneine wirkungsvolle Alternative zu herkömmlichen Dielektrika dar, denn durch die Ausbildung einer elektrochemischen Doppelschicht bei angelegter äußerer Steuerspannung, erhält man einen Kondensator mit sehr geringem Plattenabstand und dadurch extrem hoher Kapazität. Dadurch werden Ladungsträgerdichten erreicht, die mit denen der chemischen Dotierung vergleichbar sind, aber den Vorteil haben, dass die durch die Steuerspannung reversibel einstellbar sind. In diesem Projekt sollen mit Hilfe dieses Ansatzes die MI-Übergänge sowie der Zugang zu neuen elektronischen Grundzuständen in verschiedenen Übergangsmetalloxiden (z.B. Cr2O3, Fe2O3, La2CuO4) ermöglicht werden.

• DFG Programme: Research Fellowships
• International Connection: USA
• Host: Professor Dr. Stuart Parkin