AX: Intrinsisch multiferroische, epitaktische BiFeO3-Filme und Nanostrukturen
BiFeO3 ist ein intrinsisch multiferroisches Perovskit-Material mit hoher ferroelektrischer Curie-Temperatur TC ~ 1100 K, einer großen ferroelektrischen Polarisierung von 95 µC/cm² bei Raumtemperatur und einer antiferromagnetischen Ordnungstemperatur von TN= 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. La0.7Sr0.3MnO3, 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 La0.7Sr0.3MnO3 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.
