Elektronische und phononische Eigenschaften und atomare Struktur von Oxidfilmen
Die besonderen elektronischen und phononischen Eigenschaften an Oberflächen und inneren Grenzflächen von Oxiden machen viele Übergangsmetalloxide zu technologisch vielversprechenden Bauelementen. Eine genaue Kenntnis dieser Eigenschaften kann durch hochaufgelöste Spektroskopietechniken erreicht werden. Dazu wird in diesem Projekt die elektronische Struktur mittels winkelaufgelöster und resonanter Photoemission (ARUPS, XPS) bestimmt; die phononischen Eigenschaften werden impulsaufgelöst mittels hochaufgelöster Elektronenenergieverlustspektroskopie (HREELS) ausgemessen.
Im Mittelpunkt stehen NiO, CoO, MnO und Eisenoxide. Darüber hinaus soll das für Tunnel-Magnetwiderstands-(TMR)-Bauelemente wichtige Wachstum von Metallschichten am Beispiel von Co auf Übergangsmetalloxiden untersucht werden. Da für Mn, Fe und Co schon im Volumenmaterial mehrere Oxide existieren, sollen die verschiedenen Spezies mit hochaufgelöster Rumpfelektronenspektroskopie (XPS) und kantennaher Röntgenabsorption (NEXAFS) unterschieden und ihre wachstumsabhängige Bildung verfolgt werden. Mit der kantennahen Röntgenabsorption (NEXAFS) wird darüber hinaus auch die Struktur der unbesetzten elektronischen Zustände bestimmt, die bei elektronischen Transportvorgängen von elementarer Bedeutung sind.
Mittels Photoelektronenbeugung (PED) sowohl im "angle scan mode" als auch im "energy scan mode" wird die geometrische Struktur bestimmt. Bei Systemen mit langreichweitiger Ordnung wird die Struktur durch die Analyse von LEED I(V) Kurven bestimmt. Besonderes Augenmerk wird auf den Einfluss der reduzierten Dimensionen in diesen Schichten auf die atomare Struktur gelegt, insbesondere auf die Relaxationen in den Lagenabständen und die Struktur an der vergrabenen Grenzfläche von Metall und Oxidschicht. Für die Anwendung ist von höchster Relevanz zu verstehen, wie die elektronischen Eigenschaften von der atomaren Struktur abhängen, weil sich damit die Möglichkeit eines gezielten Engineerings der elektronischen Eigenschaften eröffnet.
Die Bestimmung der Oberflächenphononen dünner Übergangsmetalloxid-Schichten mittels hochaufgelöster Elektronenenergieverlustspektroskopie konzentriert sich ebenso auf die späten 3d-Metalloxide für strukturell wohlcharakterisierte Schichten (Schichtdicken 1-10 Atomlagen). Durch die Variation des Substrats und damit der Gitterfehlanpassung kann hier der Einfluss von Verspannungen in der Schicht auf die phononischen Eigenschaften untersucht und mit dem Wachstumsverhalten und den Strukturdaten aus anderen Teilprojekten korreliert werden. Darüber hinaus wird die Elektronenenergieverlustspektroskopie zur Identifikation von Defektstrukturen und von Adsorbaten, wie z.B. der oft unvermeidlichen OH-Terminierung einiger (111)-Oberflächen, genutzt. Elektronenenergieverlustspektroskopie im Bereich der elektronischen Anregungen liefert komplementär zur Photoelektronenspektroskopie Informationen zu unbesetzten elektronischen Zuständen und optischen Oberflächeneigenschaften. Diese Spektroskopie ermöglicht einen interessanten Vergleich zur räumlich hochaufgelösten Rastertunnelspektroskopie, der zu einem weitergehenden Verständnis der lokalen elektronischen Anregungen führen kann. Prinzipiell sind auch magnetische Anregungen (Oberflächenmagnonen) mit dieser Spektroskopie zugänglich