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AX: Intrinsisch multiferroische, epitaktische BiFeO₃-Filme und Nanostrukturen

BiFeO₃ ist ein intrinsisch multiferroisches Perovskit-Material mit hoher ferroelektrischer Curie-Temperatur T_C ~ 1100 K, einer großen ferroelektrischen Polarisierung von 95 µC/cm² bei Raumtemperatur und einer antiferromagnetischen Ordnungstemperatur von T_N= 673 K. BiFeO₃ ist daher perfekt zur Erforschung der Eigenschaften perovskiter Multiferroika geeignet, die zwei Ordnungsparameter bei Raumtemperatur besitzen. Des Weiteren treten viele Wechselwirkungen, wie z.B. der Exchange-Bias-Effekt, auf, wenn BiFeO₃ in Heterostrukturen mit anderen funktionellen Oxiden, z.B. La_0.7Sr_0.3MnO₃, gekoppelt wird.

Eine essenzielle Vorraussetzung, um Erkenntnisse aus der Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von BiFeO₃ ziehen zu können, ist, große, einphasige Einkristalle oder epitaktische, dünne Filme zu wachsen. Letztere haben zudem noch eine höhere Bedeutung, da sie eine höhere technologische Relevanz haben. Darüber hinaus wurde bereits gezeigt, dass Epitaxie und kontrollierte Verzerrungen wichtige Mittel sind, um physikalische Eigenschaften der funktionellen Perovskite zu optimieren.

Mittels gepulster Laserdeposition (PLD) stellen wir phasenreine, epitaktische BiFeO₃-Filme auf unterschiedlichen Substraten, wie z.B. (100)- und (111)-orientiertes SrTiO₃ oder (110)-orientiertes DyScO₃, her. Durch die unterschiedlichen Substrate, aber auch durch verschiedene Filmdicken oder Wachstumsbedingungen, können unterschiedliche Verzerrungszustände im Film erzeugt werden. Diese führen zu einer Bildung von verschiedenen ferroelektrischen/ferroelastischen Domänenformationen in den BiFeO₃-Filmen. Die Domänen können mit der „Piezoresponse Force Microscopy“ und Transmissionselektronenmikroskopie untersucht werden. Ferromagnetisches, halbmetallisches La_0.7Sr_0.3MnO₃ und metallisches SrRuO₃ können als Elektrodenmaterial dienen. Des Weiteren wird der Einfluss von Kationen-Substitution durch Lanthan auf Bismutgitterplätzen und Mangan auf Eisengitterplätzen untersucht, wodurch eine signifikante Beeinflussung der elektronischen Eigenschaften des epitaktischen Films erwartet wird.

Zudem werden BiFeO₃-Nanostrukturen hergestellt. Es wird sowohl ein „top-down“ also auch ein „bottom-up“ Ansatz genutzt. Mit Hilfe eines fokussierten Ionenstrahls können in einen phasenreinen, epitaktischen Film vordefinierte Muster strukturiert werden. Auf der anderen Seite können durch eine während der Abscheidung von BiFeO₃ auf dem Substrat angebrachte Maske Nanostrukturen auf direktem Wege erzeugt werden. Der Einfluss der Größe der Strukturen auf die Stabilität der ferroelektrischen Domänen sowie die piezoelektrischen Eigenschaften wird untersucht.

Projektleiterin

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