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A2: Polarisationswechselwirkung in Laser-MBE Wurtzit-Perowskit-Spinell-Heterostrukturen

Im Projekt werden die Polarisationskopplung sowie magnetische und multiferroische Kopplungen an Mehrfach-Dünnschicht-Strukturen sowie mehrphasigen Kompositproben aus wurtzitischen piezoelektrischen Halbleitern (ZnO), perowskitischen Ferroelektrika (BaTiO₃) und ferrimagnetischen Spinellen (Zn,Ni,Co)Fe₂O₄, sowie multiferroischen Oxiden untersucht.

Dazu werden die in der ersten Förderperiode an Einfach-, Doppel- und Dreifach-Schichtstrukturen aus ZnO und BaTiO₃ gemessenen und modellierten asymmetrischen Polarisationshysteresen thematisch erweitert auf:

(a) die Einbeziehung magnetischer Komponenten wie den oben genannten Spinellen in die ZnO-BaTiO₃-Heterostrukturen, um die bisher gefundenen Kopplungen der ferro- und piezoelektrischen Polarisation magnetisch beeinflussen zu können; und

(b) auf magnetische und multiferroische Kopplungseffekte über planare Film- und granulare Komposit-Grenzflächen ferrimagnetischer Spinelle (Zn,Ni,Co)Fe₂O₄ mit Ferroelektrika wie BaTiO₃. In ersten Dünnfilm-Kompositproben bestehend aus einer homogen abgeschiedenen Mischung von ZnFe₂O₄ und BaTiO₃ wurden in Zusammenarbeit mit B1/B5 systematische und reproduzierbare Feldverschiebungen der magnetischen Hysteresekurven gefunden, die auf Exchange-Bias-Effekte hindeuten.

Mittels eines ferroelektrischen / multiferroischen Dünnfilm-Analysesystems werden die ferroelektrischen, magnetischen und multiferroischen Eigenschaften der Heterostrukturen (a) und (b) nun wesentlich umfassender als bisher untersucht. Ein noch ganz am Anfang stehendes Arbeitsfeld ist die Dotierung multiferroischer Strukturen.

Von Projekt A2 werden darüber hinaus sämtliche ZnO-BaTiO₃-basierte Dünnfilmstrukturen für optische und elektrooptische Untersuchungen in B3, verschiedene ZnO-basierte Feldeffekt-Transistoren (FETs), auch mit ferroelektrischen / magnetischen / multiferroischen Gate-Isolatoren für B4, und magnetische Tunnel- und Spinfilter-Strukturen unter Beteiligung von Spinellschichten für B6 präpariert. Die Beobachtung des epitaktischen Wachstums in der aufgebauten Laser-MBE-Anlage mit in-situ RHEED soll mit B3 durch die in-situ spektroskopische Ellipsometrie weiter ausgebaut werden, was eine unikale methodische Erweiterung darstellt.