Beschreibung

• Im Rahmen des Projektes "Ferrimagnetische Spinelle mit einstellbaren elektronischen und magnetischen Eigenschaften" werden wir dünne Schichten mehrerer 3d-Übergangsmetall basierter Oxide mit Spinell-Struktur herstellen und hinsichtlich ihrer strukturellen, chemischen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften charakterisieren. Es sollen CoxFe3-xO4 (x<3) und NixCo3-xO4 (x<2) eingehend untersucht werden, da diese Materialien i) eine Reihe faszinierender fundamentaler Eigenschaften bezüglich struktureller Parameter (Antiphasengrenzen, Grenzfläche, Morphologie, Grad der Inversion des Spinells), Valenzzustände der Übergangsmetalle (kationische Distribution), Spin-Zustand und magnetische Anisotropie welche nicht vollständig verstanden sind aufweisen, und ii) Kandidaten für potentielle Anwendungen in Feldern wie Spintronics, Tunnel-Magneto-Widerstand, Selten-Erd-freie Permanentmagnete oder Anoden in neuen Batterien sind.Um das komplexe Zusammenspiel zwischen Doppel- und Superaustauschwechselwirkungen in Abhängigkeit der exakten Stöchiometrie und der entsprechenden Kationenverteilung sowie der o. g. strukturellen Eigenschaften zu untersuchen, werden wir dünne Filme mittels MBE unter partieller molekularer oder atomarer Sauerstoffatmosphäre (Plasmaquelle) synthetisieren. Diese Methode ermöglicht Wachstumskontrolle bis zur Größe der Einheitszelle, so dass sehr gute strukturelle Eigenschaften erreicht werden. Die strukturelle Charakterisierung der dünnen Filme wird mittels LEED, XRR und GI(XRD) erfolgen; auch die mikrostrukturellen Eigenschaften der Oberfläche (SEM, AFM) und der Grenzfläche (TEM) werden analysiert. Die elektronische Struktur sowie die stöchiometrischen Eigenschaften werden mit XPS/UPS und HAXPES untersucht. Des Weiteren werden temperaturabhängige Messungen bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit durchgeführt. MOKE, VSM/SQUID sowie Magnetowiderstands-Messungen zur Charakterisierung der magnetischen Eigenschaften sollen eingesetzt werden, ebenso sind XRMR- und elementspezifische XMCD-Experimente geplant. XMCD-PEEM wird Informationen über die Domänen- und die Domänenwandbildung auf der Nanoskala liefern. Die Ergebnisse dieser Experimente werden mit geeigneten theoretischen Ansätzen analysiert und verglichen, um ein möglichst komplettes Bild der Eigenschaften der o. g. stöchiometrischen und nicht-stöchiometrischen Oxide mit normaler, gemischter, oder inverser Spinell-Struktur zu erhalten.Neben einem besseren Verständnis der genannten fundamentalen Aspekte ist es das Ziel dieses Projektes, dünne CoxFe3-xO4 und NixCo3-xO4 Filme mit reproduzierbaren, vorhersagbaren und möglichst einstellbaren elektronischen und magnetischen Eigenschaften herstellen zu können, welche auch für potentielle Anwendungen in den o. g. genannten Feldern interessant sein könnten.

Projektlaufzeit

• 01.11.2018 - 31.12.2023