Feldinduzierte remanente Widerstandsänderungen in Ca-dotierten Praseodymmanganaten
Final Report Abstract
In diesem Projekt wurde die elektrisch induzierte remanente Widerstandsänderung in Heterostrukturen untersucht, dessen aktive Komponente das hochkorrelierte Manganat Pr1-xCaxMnO3 (PCMO) bildete. In Edelmetall/PCMO/Edelmetall-Anordnungen konnten Widerstandsänderungen bis zu 1200% induziert werden. Ein ausgeprägtes, reversibles und reproduzierbares Schaltverhalten wurde nur beobachtet, wenn die Elektrodenflächen und Elektrodenabstände mikroskopische Abmessungen aufwiesen. Dazu wurden verschiedene lithographische Herstellungsverfahren entwickelt. Der Widerstand der Heterostruktur ist durch eine Reihenschaltung eines Grenzflächen- und eines Volumenanteils gekennzeichnet. Der Widerstandshub ist dabei wesentlich durch die Pulsstromdichte bestimmt. Diese Ergebnisse implizieren, dass die remanente Widerstandsänderung nicht durch einen filamentären Mechanismus bestimmt ist. Eine Vergrößerung des spezifischen Gesamtwiderstandes der Schaltstrukturen durch Wahl des Elektrodenmaterials oder der PCMO-Depositionsbedingungen, vergrößert die notwendigen Spannungen, aber verkleinert die notwendige Stromdichten, um eine remanente Widerstandsänderung zu induzieren. Bei Raumtemperatur und kleinen Spannungen sind die Widerstandsbeiträge von Grenzfläche und Volumen vergleichbar, bei hohen Spannungen überwiegt der Grenzflächenanteil. Bei tiefen Temperaturen scheint der Volumenbeitrag zu dominieren; remanente Widerstandsänderungen sind hier mit kolossalen Widerstandseffekten des PCMO verbunden. Die Heterostrukturen weisen zwei unterschiedliche Schaltmodi auf. Der Übergang kann sowohl über eine Vergrößerung der Pulsspannung als auch über eine Vergrößerung der Pulsdauer induziert werden. Der magnetfeld- und temperaturabhängige Widerstand der Heterostrukturen weist alle Eigenschaften des polaronischen Transportes in PCMO auf. Dies gilt auch für geschaltete Strukturen. Der Ladungstransport im Bereich der Grenzfläche scheint daher auch durch die polaronische Mobilität bestimmt zu sein. Remanente Widerstandsänderungen lassen sich auch im Transmissionselektronenmikroskop lokal beobachten. Die dabei häufig auftretenden elektrisch induzierten Polaronenordnungen scheinen aber eher ein hinreichendes Kriterium als eine notwendige Bedingung für remanente Veränderungen zu sein. Im Gegensatz zum Volumenverhalten scheinen kristallographische Defekte die Ausbildung der Polaronenordnung nicht zu unterdrücken.
Publications
- Electric pulse induced resistance change effect in manganites due to polaron localization at the metal-oxide interfacial region. Phys. Rev. B 77 (2008) 132409
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- Interplay of point defects, biaxial strain and thermal conductivity in homoepitaxial SrTiO3 thin films. Appl. Phys. Lett. 100 (2012) 061904
S. Wiedigen, T. Kramer, M. Feuchter, I. Knorr, N. Nee, J. Hoffmann, M. Kamlah, C. A. Volkert, Ch. Jooss
(See online at https://doi.org/10.1063/1.3682300)
