Gezielte Veränderung der Grenzflächenstruktur von epitaktisch-verspannten Seltenenerden-Nickelatheterostrukturen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ute Kaiser
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323667265

Einheitszellengesteuertes Interface-Engineering kann zu unkonventionellen mag-netischen, elektrischen, sogar supraleitenden und/oder katalytischen Eigenschaften von künstlichen Seltenerd-Nickelat-Übergitter- und Mehrschicht-Heterostrukturen führen und den Weg zu neuen elektronischen Geräten ebnen. Da ihre Eigenschaften nicht als Summe der einzelnen Bestandteile erklärt werden können, muss auf atomarer Ebene die Verbindung zwischen dem heteroepitaktischen Grenzflächendesign und den Eigenschaf-ten der zugrunde liegenden Kristallstruktur aufgedeckt werden.Mit unserem Antrag wollen wir nun innerhalb der nächsten zwei Jahre zu diesem Thema einen grundlegenden Beitrag liefern, indem wir in den von uns genau ausgewähl-ten Heterostrukturen die atomaren Grenzflächenstrukturen und ihre chemischen und elektronischen Eigenschaften bestimmen. Die Voraussetzungen zum erfolgreichen Ab-schluss dieser Aufgabenstellung sind sehr gut - Es wurde das Schlüsselproblem, die Probenpräparationsstrategie für die Abbildung der einzelnen Atomsäulen in der vergan-genen 2-jährigen Förderperiode erfolgreich entwickelt. Weiterhin erforschten wir die Ma-terialkombinationen und nötigen Schichtdicken, die effektiv die epitaktische Grenzflä-chenverspannung auch durch Deformation der Sauerstoffoktaeder beeinflussen, sowie die chemische Natur der Grenzfläche und die Valenzzustände verändern. Wir sind somit nun in der Lage, die ausgewählten Heterostrukturen und ihre Grenzflächenstrukturen experimentell auf atomarer Ebene zu untersuchen. Die in den nächsten zwei Jahren zu lösende anwendungsbestimmende Schlüssel-fragen sind: (1) Wie beeinflussen epitaktische Verspannungen und Kristalldefekte die Grenzflächengitterfehlpassung und die Grenzflächengittersymmetrie die atomare Struk-tur des Oktaeder-Netzwerks? (2) Wie scharf ist die chemische Grenzfläche oder gibt es eine chemischen Vermischungszone? (3) Wie verändern Strukturmodifikationen an der Einzelgrenzfläche deren elektronischen Eigenschaften, wie bestimmen diese die folgen-den Grenzflächen und die gesamte Heterostruktur? Die Heterostrukturen werden von unserer Kooperationspartnerin Frau Dr. Bencki-ser, MPI/FKF Stuttgart mittels lasergestützter Atomlagenabscheidung gewachsen und zur Verfügung gestellt. Schwerpunktmäßig wird die Grenzflächenstruktur mittels aberra-tionskorrigierter Hochauflösungs-TEM untersucht; ebenfalls werden die elektronischen und strukturellen Eigenschaften mittels Dichtefunktionaltheorie bestimmt. Außerdem werden Methoden der hochauflösenden Raster-TEM in Verbindung mit lokaler Spektro-skopie (EELS und EDX) angewendet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen