Magnetic field effects on the local tunneling conductivity of La0.75 Ca0.25 MnO3 /MgO thin films
Magnetfeldeffekte auf die lokale Tunnelleitfähigkeit von dünnen La0.75 Ca0.25 MnO3 /MgO Filmen
by Sigrun A. Köster
Date of Examination:2007-10-10
Date of issue:2008-08-29
Advisor:Prof. Dr. Konrad Samwer
Referee:PD Dr. Christian Jooß
Persistent Address:
http://dx.doi.org/10.53846/goediss-3628
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Description:Dissertation
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Abstract
English
Manganites are known for their exceptional properties, such as the metal-insulator transition (MIT) and the colossal magnetoresistance (CMR) effect. These materials show a very rich phase diagram in which the properties of the different phases do not only depend on the doping and temperature but also on electric and magnetic fields. Manganites are interesting candidates for studying the physics of correlated electrons and are also possible candidates for technological applications. It is known that a strong interplay between lattice, charge, spin and orbital degrees of freedom plays a very important role, which has been described in different theoretical models. Until now the basic mechanisms responsible for the special electronic and magnetic properties and the CMR effect are far from being understood completely. Hence more experimental work is crucial for understanding manganites. Scanning tunneling microscopy (STM) and spectroscopy (STS) are very local and surface sensitive techniques for probing the topography and the local electronic properties. They were used in this work to examine manganites with a metallic and ferromagnetic low temperature ground state. Overall strain-free thin films of La3/4 Ca1/4 MnO3 were deposited on MgO(100) substrates and showed different microscopic growth modes and crystal symmetries depending on the deposition parameters. The films were examined by STM/STS with respect to their temperature behavior and especially their behavior in external magnetic fields in the vicinity of the MIT. Furthermore, the films were compared with respect to their growth modes. The experiments reveal that the local tunneling conductivity changes continuously with temperature and magnetic field. The tunneling conductivity also varies locally, but neither distinct phases nor a domain-like growth of some regions with a magnetic field were found. This is inconsistent with the most popular theory of a percolation scenario. In a nutshell, a percolation of insulating and metallic phases does not seem to be a necessary prerequisite for the CMR effect.
Keywords: mangnites; thin films; magnetoresistance; percolation; STM
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Die Manganate sind für ihre besonderen
Eigenschaften, wie den Metal-Isolator Übergang (MIT) und den
kolossalem Magnetowiderstandseffekt (CMR), bekannt. Diese
Materialien zeigen ein sehr reichhaltiges Phasendiagramm, wobei die
Eigenschaften der verschiedenen Phasen nicht nur von der Dotierung
und der Temperatur abhängig sind, sondern auch von elektrischen und
magnetischen Feldern. Die Manganate sind interessante Kandidaten
für das Studium der Physik korrelierter Elektronen als auch für
eventuelle technische Anwendungen. Es ist bereits bekannt, dass die
Wechselwirkung der verschiedenen Freiheitsgrade (Gitter, Ladung,
Spin und Orbital) eine sehr wichtige Rolle spielen. Dies wird in
verschiedenen theoretischen Modellen beschrieben. Dennoch sind die
Mechanismen, die für die elektronischen und magnetischen
Eigenschaften verantwortlich sind noch lange nicht vollständig
verstanden. Weitere experimentelle Untersuchungen sind daher
unentbehrlich für das Verständnis der Manganate.
Rastertunnelmikroskopie (STM) und -spektroskopie (STS) sind sehr
lokale und oberflächensensitive Verfahren, um die Topografie und
die lokalen elektronischen Eigenschaften einer Probe zu erfassen.
In dieser Arbeit wurden Manganate mit einem metallischen und
ferromagnetischen Grundzustand bei tiefen Temperaturen untersucht.
Spannungsfreie dünne La3/4 Ca1/4 MnO3-Filme wurden auf MgO(100)
Substraten deponiert und zeigten je nach Herstellungsparametern
unterschiedliche Wachstumsmoden und Kristallsymmetrien. Die Proben
wurde mittels STM und STS in Abhängigkeit der Temperatur und
insbesondere von äußeren magnetischen Feldern im Bereich des MIT
untersucht und bezüglich ihrer Wachstumsmoden miteinander
verglichen. Die Experimente zeigen, dass sich die lokale
Tunnelleitfähigkeit kontinuierlich mit der Temperatur und dem
Magnetfeld ändert. Die Tunnelleitfähigkeit variiert auch lokal,
allerdings sind keine einzelnen klar unterscheidbaren Phasen zu
sehen und es ist kein Domänenwachstum von einzelnen Bereichen in
Abhängigkeit vom Magnetfeld zu beobachten. Dies entspricht nicht
der verbreiteten Theorie eines Perkolationsübergangs. Kurz gesagt,
scheint also ein Perkolationsübergang mit einer isolierender und
metallischer Phase nicht notwendigerweise der Ursprung des CMR zu
sein.
Schlagwörter: Manganate; dünne Schichten; Magnetowiderstand; Perkolation; STM
