home  |  english  |  Impressum  |  KIT

Institutsleitung
Prof. Dr. Matthieu Le Tacon
Adresse
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Festkörperphysik
Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
D-76344 Eggenstein-Leopoldshafen
Postadresse
Karlsruher Institut für Technologie
Institut für Festkörperphysik
Postfach 3640
D-76021 Karlsruhe
Telefon 0721608-26751
Fax       0721608-24624
E-mail
Carmen DoerflingerCna0∂kit edu

KIT Campus Nord
Gebäude 425

26.05.2018

Termine

Dünne Schichten und Grenzflächen

Leiter: Dr. Rudolf Schneider

Dünne Schichten und Grenzflächen elektronisch korrelierter Materialien zeigen in vielen Fällen neue und ungewöhnliche Eigenschaften, die sich von denen des Volumenmaterials deutlich unterscheiden. Unsere Arbeiten konzentrieren sich aktuell auf die neuartigen, unkonventionellen eisenhaltigen Supraleiter, Iridate mit Perowskit-Struktur und Grenzflächen zwischen oxidischen Isolatoren mit einem zweidimensionalen Elektronengas. Die wichtigsten Fragen betreffen den elektronischen Transport in epitaktischen FeSe-Schichten, die Spin-Bahn-Kopplung in Iridat-Schichten und die Anisotropie des elektronischen Transports im 2D-Elektronensystem an der Grenzfläche oxidischer Heterostrukturen. Niedrigdimensionale stark korrelierte Elektronensysteme mit starker Spin-Bahn-Kopplung sind ebenfalls vielversprechende Kandidaten für das Auftreten neuer Quantenzustände und daher auch äußerst interessant im Hinblick auf grundlegende Fragestellung der modernen Festkörperphysik (Quantenmaterialien).

Zur Schichtpräparation setzen wir die Methoden der Kathodenzerstäubung und Laserablation ein. Die Analyse der Schichten umfasst Oberflächenstruktur, kristallographische Eigenschaften, Mikrostruktur, Magnetismus, elektronische Struktur und elektronischen Transport. Die Untersuchungen werden in enger Zusammenarbeit mit anderen Arbeitsgruppen des IFP und anderen Instituten des KIT durchgeführt.

Gepulste Laserdeposition (PLD) von Übergangsmetalloxiden

Neuere Veröffentlichungen
Toward new gas-analytical multisensor chips based on titanium oxide nanotube array
F. Fedorov, M. Vasilkov M, A. Lashkov, A. Varezhnikov, D. Fuchs, C. Kübel,
M. Bruns, M. Sommer, V. Sysoev
Sci. Rep. 7 (2017) 9732.
Applying Capacitive Energy Storage for In Situ Manipulation of Magnetization in Ordered Mesoporous Perovskite-Type LSMO Thin Films
C. Reitz, Di Wang, D. Stoeckel, A. Beck, T. Leichtweiss, H. Hahn, T. Brezesinski
ACS Appl. Mater. Interfaces 9 (2017) 22799.
Anisotropic electronic transport of the two-dimensional electron system in Al2O3/SrTiO3 heterostructures
K. Wolff, R. Schaefer, M. Meffert, D. Gerthsen, R. Schneider, D. Fuchs
Phys. Rev. B 95 (2017) 245132.
Size-induced changes of structural and ferromagnetic properties in La1-xSrxMnO3 Nanoparticles
C. Hintze, D. Fuchs, M. Merz, M. Amari, C. Kuebel, M.-J. Huang, A. Powell,
H.v.Loehneysen
J. Appl. Phys. 121 (2017) 214303.

Elektronischer Transport an Grenzflächen und oxidischen Heterostrukturen

Neuere technische Fortschritte in der Technologie dünner Schichten, vor allem in der gepulsten Laserablation ermöglichen es, komplexe Heterostrukturen aus epitaktischen Oxidschichten herzustellen, wie zum Beispiel Multilagen und Übergitter aus Oxiden mit Perowskitstruktur. Wie bei Halbleitern können auch in oxidischen Heterostrukturen an den Grenzflächen durch das subtile Zusammenspiel zwischen Spin-, Ladungs-, Gitter-, und Bahn-Freiheitsgraden neue Quantenzustände in diesen komplexen Materialien entstehen.

Seit den Pionierarbeiten von Hwang (Nature 427 (2004) 423) sowie Mannhart und Triscone (Science 317 (2007) 1196) ist das Interesse an der Grenzfläche zwischen den beiden Isolatormaterialien LaAlO3 (LAO) und SrTiO3 (STO) stark angewachsen: An dieser Grenzfläche wird metallisches Verhalten und sogar Supraleitung beobachtet. Die elektronische Transporteigenschaften in der Grenzfläche von LAO/STO-Heterostrukturen hängen sehr empfindlich vom Sauerstoff-Partialdruck während des Schichtwachstums ab. Neben der räumlichen Beschränkung der quasi-zweidimensionalen Elektronenflüssigkeit sollten die Transporteigenschaften auch durch externen Druck auf die Heterostruktur beeinflusst werden. Transportmessungen unter hydrostatischem Druck erscheinen daher äußerst interessant. Neben der starken elektronischen Anisotropie aufgrund der räumlichen Beschränkungen des 2D-Elektronengases lassen sich auch an der Grenzfläche elektronische Anisotropien generieren, was insbesondere im Hinblick auf Anwendungen auf dem Gebiet der Spintronik von großem Interesse sein könnte. In diesem Zuge werden auch niedrigdimensionale 3d-, 4d- und 5d-Übergangsmetalloxide untersucht, die eine starke Spin-Bahn-Kopplung zeigen.

(a) Grenzflächenstruktur von CaCuO2 auf NdO-terminiertem NdGaO3. (b) HAADF-STEM Querschnittsaufnahme einer mittels PLD präparierten CaCuO2/NdGaO3 Grenzfläche. (c) Elementabfolge (Intensitätsscan) entlang der gestrichelten Linie in (b) vor und nach Untergrundkorrektur.


Ausgewählte Veröffentlichungen

  • Anisotropic electronic transport of the two-dimensional electron system in Al2O3/SrTiO3 heterostructures
    K. Wolff, R. Schaefer, M. Meffert, D. Gerthsen, R. Schneider, D. Fuchs
    Phys. Rev. B 95 (2017) 245132.
  • Incipient localization of charge carriers in the two-dimensional electron system in LaAlO3 /SrTiO3 under hydrostatic pressure
    D. Fuchs, A. Sleem, R. Schäfer, A. G. Zaitsev, M. Meffert, D. Gerthsen, R. Schneider, and H.v.Löhneysen
    Phys. Rev. B 92 (2015) 155313.
  • Two-dimensional superconductivity between SrTiO3 and amorphous Al2O3
    D. Fuchs, R. Schäfer, A. Sleem, R. Schneider, R. Thelen, H.v.Löhneysen
    Appl. Phys. Lett. 105 (2014) 92602.
  • Growth and Interfacial Properties of Epitaxial CaCuO2 Thin Films
    D. Fuchs, P. Müller, A. Sleem, R. Schneider, D. Gerthsen, H.v.Löhneysen
    J. Appl. Phys. 112 (2012) 103529.

Elektronischer Transport in FeSe-Schichten

Dünne Schichten des neuartigen unkonventionellen Supraleiters FeSe mit einer Sprungtemperatur Tc = 8 K wurden durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) auf (110)-orientierte SrTiO3-Substrate deponiert. Ihre kristallographische Struktur und Oberflächenmorphologie wurden mittels Röntgenbeugung und Rasterelektronen-mikroskopie untersucht. Die Filme wachsen epitaktisch auf dem Substrat auf mit der kristallographischen c-Achse senkrecht zur Substratebene und einheitlicher Ausrichtung der a- und b-Achsen. Die Filme bestehen aus langgestreckten Körnern mit einer bemerkenswerten uniaxialen Ausrichtung, die zu einer deutlichen Anisotropie des elektrischen Widerstands führt, was durch ein auf einer speziellen Korngrenzenstruktur beruhendes theoretisches Modell quantitativ erklärt werden kann. Es werden vergleichende Messungen des Magnetowiderstands, des oberen kritischen Felds sowie der kritischen Stromdichte mit und ohne Anlegen eines Magnetfelds durchgeführt.

Links: Mikrostruktur der FeSe-Filme: Körner mit Vorzugsorientierung (oben)
Unten: Strukturierung zu Mikrobrücken H und V
Rechts: Anisotroper spezifischer Widerstand der FeSe-Filme und Modellierung.


Ausgewählte Veröffentlichungen


Mitarbeiter (in alphabetischer Reihenfolge)


Frühere Mitarbeiter

Dr. Markus Adam, Dr. Erhan Arac, Dr. Jochen Geerk, Dr. Cornelia Hintze, Thomas Kimpel, Dr. Gerhard Linker, Dr. Otto Meyer, Dr. Oswaldo Moran, Dr. Thorsten Schwarz, Dr. Ahmed Sleem, Dr. Markus Wissinger, et al.