Neue Schichtarchitekturen mit Fe-basierten Supraleitern auf der Basis eines Transfers epitaktischer Schichten

• Antragsteller: Dr. Ruben Hühne
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533424795

Fe-basierte Supraleiter weisen eine Vielzahl elektronischen Phasen auf, die durch Dotierung, Druck oder Verspannung beeinflusst werden können. Aufgrund des negativen Einflusses von Korngrenzen werden dabei typischerweise Einkristalle für detaillierte Untersuchungen verwendet. In den letzten Jahren gelang es, epitaktische Dünnschichten für FeSe- und BaFe2As2-basierte Materialien herzustellen, die eine vergleichbare Qualität wie einkristalline Materialien aufwiesen. Allerdings schränkt die starre Kopplung der epitaktischen Schichten an das Substrat die Anwendung für weiterführende Untersuchungen ein. Daher besteht das Hauptziel dieses Projekts darin, durch einen Transfer freistehender Schichten auf geeignete Template neue Wege für die Untersuchung Fe-basierter Supraleiter zu eröffnen. Der zentrale Ansatz ist dabei der Einsatz von Opferschichten, die bisher hauptsächlich für Perowskit-basierte Oxidschichten verwendet wurden. Die größte Herausforderung besteht darin, solche Opferschichtarchitekturen für das Wachstum, das Ablösen und den Transfer der sauerstofffreien Fe-basierten Supraleiter anzupassen. Ein wesentlicher Aspekt ist dabei die Reduzierung innerer Spannungen zur Vermeidung einer Rissbildung beim Auflösen der Opferschicht sowie die Realisierung sauberer Grenzflächen. Neben dem Wachstum dieser Materialien auf geeigneten Opferschichtarchitekturen wird auch der Transfer der epitaktischen Schichten im Detail untersucht, was die Entwicklung geeigneter Ätzverfahren und reproduzierbarer Transferstrategien umfasst, um glatte und rissfreie Schichten mit möglichst unveränderten supraleitenden Eigenschaften auf der neuen Unterlage zu erreichen. Im Rahmen des Projekts werden verschiedene Anwendungsszenarien für transferierten Schichten getestet. Zum einen werden Fe-basierte Supraleiter auf flexible Polymerunterlagen übertragen, mit denen der Einfluss der Verspannung auf den supraleitenden Übergang durch Dehnen oder Biegen untersucht werden kann. Des Weiteren werden die Schichten auf dünne Membranen übertragen, um sie mit Hilfe eines speziellen Tieftemperaturhalters in einem Transmissionselektronenmikroskop zu untersuchen. Schließlich sollen diese Schichten genutzt werden, um neuartige Schichtarchitekturen zu realisieren, indem sie beispielsweise gegeneinander verdreht oder mit magnetischen oder ferroelektrischen Funktionsmaterialien zu multifunktionalen Architekturen kombiniert werden. In allen Fällen wird vor allem eine Machbarkeitsstudie in Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern für die ausgewählten Anwendungen angestrebt. Wir gehen davon aus, dass das vorgeschlagene Projekt neue Möglichkeiten für grundlegende Studien Fe-basierter Supraleiter eröffnet, die dazu beitragen, den Mechanismus der Supraleitung in diesen Materialien besser zu verstehen. Gleichzeitig ermöglichen diese Ansätze eine Realisierung neuer Architekturen für potenzielle Anwendungen Fe-basierter Supraleiter in funktionalen Heterostrukturen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen