Verständnis und Kontrolle selbstorganisierter Streifenbildung in Vanadiumdioxid

• Antragsteller: Dr. Jon-Olaf Krisponeit
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 408002857

Im Zuge der rasant fortschreitenden Erforschung oxidischer Materialien wurden spektakuläre Effekte wie Grenzflächensupraleitung, Magnetowiderstands- und elektrische Schaltphänomene entdeckt. Hierdurch eröffnete sich die technologische Perspektive der Oxidelektronik und -spintronik. Hierbei wurden, neben der Herstellung konventioneller Bauelementtypen in Anlehnung an ihre siliziumbasierten Vorgänger, auch gänzlich neuartige Funktionselemente erschaffen. Bei diesen Entwicklungen sind jedoch neben den Funktionsmaterialien selbst immer auch das Verständnis von Grenzflächeneigenschaften und die aufwändige, auf der Skala einzelner atomarer Lagen zu kontrollierende Präparation komplexer Heterostrukturen von entscheidender Wichtigkeit.Vanadiumdioxid (VO2) stellt wegen seines Metall-Isolator-Übergangs nahe Raumtemperatur ein Funktionsmaterial mit herausragenden technologischer Anwendungsperspektiven dar. Dieses Projekt behandelt Relaxationsmechanismen von VO2 unter epitaktischer Verspannung, welche zu komplexen Phasenseparationseffekten wie der selbstorganisierten Ausbildung von Streifenmustern aus isolierenden und metallischen Bereichen führen und somit auch zu intrinsischen Grenzflächen. Weiterhin geht dieses Projekt der Frage nach, inwiefern sich als Alternative zu komplexen Heterostrukturen auch intrinsische Grenzflächen nutzen lassen.Ausgehend von der verspannungsabhängigen Ausbildung selbstorganisierter Streifenmuster in einem komplexen Oxidmaterial werden diese auf mikroskopischer Skala untersucht, um ein tieferes fundamentales Verständnis ihrer physikalischen Beschaffenheit zu erlangen. Im Vordergrund stehen dabei der Einfluss der geometrischen Form auf die Stabilität derartiger Streifenmuster und ihre strukturellen und elektrischen Eigenschaften und deren Manipulation.Das Projekt zielt insbesondere auch auf die erstmalige Realisierung völlig neuartiger Konzepte für oxidelektronische Bauelemente ab. Hierbei wird die Ausbildung intrinsischer Grenzflächen durch geometrische Funktionalisierung gezielt kontrolliert; ihre Funktionalität beruht auf der anschließenden Manipulation derartiger Grenzflächen durch externe elektrische Felder. Durch die Verwendung moderner, komplementärer Mikroskopiemethoden und eine gezielte Strukturierung auf der Mikro- bis Nanometerskala werden so gleichzeitig Einblicke in die elektronischen und strukturellen Eigenschaften korrelierter Oxide gewonnen als auch innovative Bauelemente für zukünftige oxidelektronische Anwendungen entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen