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A4: Elektronische Grundzustands- und Anregungseigenschaften komplexer Oxidstrukturen

Hauptziel des Projektes sind Ab-initio-Untersuchungen des magnetischen Proximity-Effekts in komplexen oxidischen Heterosystemen und der elektronischen Eigenschaften dünner Oxidfilme auf Metallsubstraten. Die oxidischen Heterosysteme sollen aus nichtmagnetischen Oxiden und magnetischen Materialen (magnetische Oxide, Übergangsmetalle) bestehen. Es sollen die Veränderungen in der elektronischen und magnetischen Struktur des nichtmagnetischen Oxids durch die Nachbarschaft des magnetischen Bestandteils bestimmt werden. Die Eigenschaften solcher Systeme werden stark durch die kristalline Struktur sowie durch die Austauschwechselwirkung an den Grenzflächen beeinflusst. Die Ab-initio-Untersuchungen sollen diese zwei wichtigen Aspekte berücksichtigen. In den zwei ersten Antragsperioden wurden dafür benötigte Ab-initio-Methoden entwickelt, die eine realistische Beschreibung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften von komplexen Materialen ermöglichen. Die Ab-initio-Beschreibung oxidischer Materialien erfordert eine effiziente und genaue Behandlung starker Korrelationseffekte und die Einbeziehung experimenteller oder theoretisch bestimmter Informationen zur Realstruktur. Die Korrelationseffekte werden im Rahmen des bereits entwickelten und implementierten Selbstwechselwirkungskorrektur-Verfahrens (SIC) bzw. der LDA+U Methode berücksichtigt. Die Strukturinformation an Grenzflächen und Oberflächen soll mit Hilfe der effizienten Pseudopotential-Methode VASP bestimmt werden. Zur Gewinnung von Atompositionen in diesen Systemen wird die enge Zusammenarbeit mit Teilprojekten zur Strukturuntersuchung fortgesetzt. Die magnetischen Eigenschaften sollen mit Hilfe der implementierten Verfahren des magnetic force Theorems und der dynamischen linearen Antworttheorie untersucht werden.

Ein besonderes Interesse gilt den Co/Pb(Zr,Ti)O₃/La_xSr_1-xMnO₃/SrRuO₃, SrRuO₃/La_xSr_1-xMnO₃- und SrTiO₃/La_xSr_1-xMnO₃-Heterostrukturen, die in mehreren experimentellen Teilprojekten untersucht werden. Insbesondere soll der Einfluss der Grenzflächengeometrie und der Zahl der freien Elektronen und Defekte auf die Stärke des Proximity-Effektes betrachtet werden. Die Untersuchungen von Oxidfilmen auf Metallsubstraten werden auf quasikristalline Oxidfilme ausgeweitet (oxidische Quasikristalle auf BaTiO₃-Basis). Neben der elektronischen Struktur interessiert hier vor allem das Wachstum solcher Strukturen.

Der Einfluss von Gitterdefekten, Dotierungen und Adatomen auf Oberflächen wird weiter untersucht, da diese entscheidend für die grundlegenden Mechanismen des defektinduzierten Magnetismus sind. Der defektinduzierte Magnetismus wird im Teilprojekt B1 experimentell und theoretisch untersucht.