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A3: Atomare Struktur und lokale elektronische Spektroskopie komplexer Oxidstrukturen

Für zukünftige, maßgeschneiderte Funktionalität von oxidischen Heterostrukturen ist das Verständnis der grenzflächenvermittelten Kopplung ein wichtiger Meilenstein. An dünnen ferromagnetischen und ferroelektrischen Oxidschichten (CoZrO₂, CoFe₂O₄, BaTiO₃/SrTiO₃) wird deshalb in diesem TP das Wechselspiel zwischen lokaler atomaren Struktur und lokaler elektronischen, bzw. ferroelektrischen Struktur an der Grenzfläche mit verschiedenen Rastersondenmikroskopien, -spektroskopien und Photoelektronenemissionsmikroskopie untersucht, um grenzflächenvermittelte Wechselwirkungsmechanismen aufzudecken.

Für die Kopplung zwischen den oxidischen Einzelkomponenten spielt die veränderte Morphologie (atomare Struktur an der Grenzfläche) und die daraus resultierenden Eigenschaften (elektronische Struktur, dielektrische und magnetische Momente) an der Grenzfläche eine zentrale Rolle. Der experimentellen Bestimmung dieses Wechselspiels an der oxidischen Grenzfläche widmet sich dieses Teilprojekt. Hierfür wird die Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie (STM/STS) bei variablen Temperaturen, sowie die piezoelektrische Rasterkraftmikroskopie (PFM) und die Photoelektronenemissionsmikroskopie (PEEM) neben weiteren lateral mittelnden oberflächenphysikalischen Methoden eingesetzt. In Kooperation mit theoretischen Teilprojekten soll damit ein tieferes Verständnis der grenzflächeninduzierten Struktur- und Eigenschaftsänderungen im Hinblick auf den Einsatz in extrinsischen Multiferroika erreicht werden. Aufbauend auf Erfahrung mit ultradünnen Metalloxidschichten sollen in der ersten Förderperiode dünne potentiell ferromagnetische und ferroelektrische Oxidschichten (CoFe₂O₄, Co- und Mn-dotiertes ZrO₂, BaTiO₃/SrTiO₃) in Abhängigkeit von Gitterfehlanpassung, Schichtdicke und Stöchiometrieabweichung untersucht werden. Eine besondere Stärke wird dabei neben der Abbildung und Spektroskopie der Oxid-Vakuum-Grenzfläche die Charakterisierung der ersten inneren Grenzfläche mittels STM und STS sein. In Ergänzung zu Schichtstrukturen sollen auch laterale Heterostrukturen mit einbezogen werden, die als multiferroisch vielversprechend eingestuft und im Teilprojekt A1 durch Nanostrukturierung bzw. Selbstassemblierung hergestellt werden. Bei dieser Geometrie wird ortsauflösende Spektroskopie eine weitgehende Charakterisierung aller Komponenten, auch für Kopplungen über mehrere Grenzflächen hinweg, erlauben. Multiferroische Wechselwirkungen zwischen ferroelektrischen und ferromagnetischen Domänen werden mit PFM-, MFM- und PEEM-Messungen zukünftig experimentell abbildbar.