UHV-Sputtersystem zur Herstellung von ultradünnen Filmen und Heterostrukturen

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517957243

Die Verfügbarkeit von dünnen Filmen oder Heterostrukturen mit maßgeschneiderten Eigenschaften ist für viele physikalische Grundlagenexperimente unabdingbar. So lassen sich z.B. die besonderen Transporteigenschaften von Materialien mit topologisch nicht-trivialer Bandstruktur, reine Spinströme in magnetischen Isolatoren, oder magnetoresistive Effekte in antiferromagnetischen Schichtstrukturen nur in entsprechend geeigneten Proben untersuchen. Das hier beantrage Dünnfilm-Depositionssystem besteht aus zwei Ultrahochvakuum-Sputterkammern – eine zur Abscheidung von metallischen Filmen in inerter Atmosphäre, eine für die Herstellung von Oxidschichten in reaktiver bzw. oxidierender Atmosphäre – die über eine Ladeschleuse mit Substraten beschickt werden. Die zwei separaten Sputterkammern machen es möglich, hochreine metallische bzw. oxidische Schichten bei jeweils optimalen Prozessparametern abzuscheiden, ohne eine Kontamination oder Degradation der anderen Materialien in der Kammer in Kauf nehmen zu müssen. Über die Ladeschleuse können die Proben zudem ohne Vakuumbruch von einer Sputterkammer in die andere gebracht werden, sodass auch Metall/Oxid-Heterostrukturen mit sehr sauberen „in-situ“ Grenzflächen fabriziert werden können. Solche Proben sind für die Erforschung von Spintransport-Phänomenen in elektrischen Isolatoren unabdingbar. Insbesondere wollen wir in geeigneten Metall/Oxid-Heterostrukturen den Einfluss der magnetischen Ordnung (paramagnetisch, ferrimagnetisch, anti¬ferromagnetisch usw.) auf den Spintransport untersuchen. Dazu wollen wir die Herstellung von kristallinen Schichten aus substituierten Eisengranaten etablieren, in denen sich die magnetische Ordnungstemperatur und andere magnetische Eigenschaften gezielt einstellen lassen. Das macht systematische Spintransport-, Spindynamik- und Spinfluktuations-Experimente in verschiedenen magnetischen Phasen und über Phasengrenzen hinweg möglich. Für die Untersuchung von magnetischen Fluktuationen sind zudem ultradünne (wenige Monolagen dicke) Filme bzw. Heterostrukturen mit senkrechter Anisotropie interessant, die nur mit einer Depositionsanlage auf dem Stand der Technik darstellbar sind. Zudem wollen wir auch große transversale Transporteffekte (anomaler Hall- bzw. Nernst-Effekt, Spin-Hall-Effekt usw.) in bestimmten antiferromagnetischen Kristallen sowie topologisch nicht-trivialen Materialien untersuchen und dazu geeignete Dünnfilme bzw. Heterostrukturen herstellen. Mittelfristig erscheint schließlich die Integration von supraleitenden und magnetischen Schichten sehr interessant, um die lokalen magnetischen und elektronischen Eigenschaften solcher Grenzflächen ortsaufgelöst zu untersuchen und möglicherweise in spinelektronischen Bauelementen auszunutzen. Insgesamt eröffnet das beantragte UHV-Sputtersystem qualitativ neue Möglichkeiten für die Herstellung von dünnen Schichten und Heterostrukturen und schafft so die Grundlage für erfolgreiche Forschungsarbeiten in den nächsten Jahren.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: UHV-Sputtersystem zur Herstellung von ultradünnen Filmen und Heterostrukturen
• Gerätegruppe: 8330 Vakuumbedampfungsanlagen und -präparieranlagen für Elektronenmikroskopie
• Antragstellende Institution: Universität Konstanz
• Leiter: Professor Dr. Sebastian Gönnenwein