Untersuchung des elektrischen Widerstandsschaltens perowskitischer Manganatfilme auf der Nanometerskala

Abstract

Perowskitische Manganoxide sind hochkorrelierte Systeme, die neben einem thermisch induzierten Metall-Isolator-Übergang durch verschiedene Stimuli getriebene Widerstandseffekte zeigen können. Beim Überschreiten kritischer Spannungen oder Ströme treten an Manganaten abrupte Widerstandsänderungen auf. Trotz der großen Aufmerksamkeit, die solche Schalteffekte auch auf Grund ihrer möglichen Nutzbarkeit in nonvolatilen Speicherelementen erfahren, konnte der zugrundeliegende physikalische Mechanismus jedoch bisher nicht vollständig aufgeklärt werden. Diese Arbeit widmet sich dem elektrischen Widerstandsschalten dünner Calcium- und Strontium-dotierter Lanthanmanganatfilme. Dabei wurde atomare Kraftmikroskopie mit leitfähig beschichteten Sonden betrieben, welche neben topographischen Aufzeichnungen auch die Durchführung elektrischer Messungen auf der Nanometerskala erlaubt. Durch Anlegen von Spannungspulsen an die Sondenspitze können leitfähige Regionen an der Manganatoberfläche erzeugt und zerstört werden. Diese leitenden Domänen wurden durch elektrische Messungen charakterisiert und ihre räumliche Gestalt und zeitliche Entwicklung sowie die Abhängigkeit ihres Wachstums von den Pulsparametern untersucht. Als Erklärungsansatz wird ein qualitatives Model eines spannungsinduzierten strukturellen Übergangs eingeführt und alternativen Beschreibungen gegenübergestellt. Ein in Abhängigkeit von der Pulsdauer logarithmisch fortschreitendes Wachstum kann als Kriechprozess verstanden werden und ist somit mit der Vorstellung eines strukturellen Prozesses in Einklang. Darüberhinaus weisen auch der Widerstandsverlauf in Pulsserienexperimenten und die Beobachtung einer zeitlichen Rückbildung metallischer Domänen auf ein Kriecherholungsphänomen hin. Es konnte ferner ein vermutlich lagenweises Widerstandsschalten einer Strontium-dotierten Schicht festgestellt werden, welches ebenfalls im Kontext einer strukturellen Umwandlung als Ursache der Widerstandsänderung verständlich erscheint.