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B5: Magnetische und elektrische Eigenschaften ultradünner oxidischer Schichten

In diesem Teilprojekt sollen eingebettete oxidische Schichten mit einer Dicke von nur wenigen Einheitszellen hergestellt sowie ihre elektrischen und magnetischen Eigenschaften untersucht werden. Motiviert wird diese Arbeit durch die bisher von uns im Rahmen des SFB durchgeführten Studien. Insbesondere konnten wir zeigen, dass sowohl ferromagnetische Ordnung als auch metallische Leitfähigkeit in ultradünnen La_0.7Sr_0.3MnO₃-Schichten erhalten bleiben, wenn diese Kontakt zu SrRuO₃-Schichten haben. Auch wenn der physikalische Mechanismus für diesen Proximitätseffekt noch nicht geklärt ist, wurde eindrücklich gezeigt, dass eingebettete Schichten völlig andere Eigenschaften haben als Schichten mit freier Oberfläche. Diese Arbeiten sollen in drei Richtungen fortgeführt werden. (1) Bisher wurden Übergitter untersucht, so dass die gesamte Probendicke selbst im Fall ultradünner Einzellagen durchaus beträchtlich war. Dies verhinderte insbesondere die Untersuchung elektrostatischer Dotierungseffekte. In der dritten Antragsperiode sollen eingebettete ultradünne Einzelschichten hergestellt und untersucht werden. Diese Schichten werden mit einer Gate-Elektrode versehen, so dass der Einfluss einer elektrostatischen Modulation der Ladungsdichte auf die Magnetotransporteigenschaften studiert werden kann. Als Materialien werden Manganate sowie SrRuO₃, LaNiO₃ und SrVO₃ verwendet. (2) Die ferromagnetischen Curietemperaturen der Perowskite sind für Anwendungen nicht hoch genug. Ferrite hingegen haben hohe Curietemperaturen und magnetische Eigenschaften, die sich durch gezielte Defekterzeugung modifizieren lassen. Daher sollen äquivalente Strukturen basierend auf Ferriten und leitfähigen Spinellen hergestellt und untersucht werden. Dabei werden zunächst Fe₃O₄ und CoFe₂O₄ als ferrimagnetische Komponenten sowie MgIn₂O₄ und ZnGa₂O₄ als leitfähige Spinelle verwendet. (3) In den bisherigen Punkten ging es um die Herstellung von Dreischichtsystemen auf einem i. d. R. isolierenden Substrat. Im dritten Arbeitspunkt werden exotische Substrate mit multiferroischer oder ferrimagnetischer Ordnung, z. B. YMnO₃- oder Fe₃O₄-Kristalle, verwendet. Die Kopplung zwischen magnetischen und elektronischen Eigenschaften der Substrate und der darauf gewachsenen Schichten wird insbesondere mittels Magnetowiderstandmessungen untersucht. Über die vertikale Einschränkung hinaus sollen Exchange-Bias- und magnetische Proximitätseffekte in lateralen Nanostrukturen studiert werden.