Kationen-Ordnung in ferri/ferromagnetischen perowskitischen Dünnfilmen
Cation ordering in ferri/ferromagnetic perovskite thin films
by Sebastian Hühn
Date of Examination:2015-05-27
Date of issue:2015-07-27
Advisor:Prof. Dr. Vasily Moshnyaga
Referee:Prof. Dr. Vasily Moshnyaga
Referee:Prof. Dr. Christian Jooß
Referee:Prof. Dr. Johan Verbeeck
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Format:PDF
Abstract
English
A major obstacle to the applicability of oxide perovskites in electrical or spintronic applications is the size of the specific temperatures at which the physical phenomena such as ferromagnetism or high-temperature superconductivity can be observed. The physical properties of the perovskites show a dependence on the ordering of the various metal ions in multicomponent systems. The dependence results from the influence of the metal ions on the electron configuration and elastic tension within the material. One speaks in this context of the control of the filling and the width of electronic bands in the material by the choice of metal ions. The objective of this work was the preparation and characterization of artificially A-site ordered narrowband and broadband manganite thin films as well as B-site ordered ferro/ferrimagnetic double perovskite thin films. For the preparation of the thin films, the unconventional, vacuum-free, metallorganic aerosol deposition (MAD) was used. It was shown that various artificial or natural cation ordered perovskites can be grown with the MAD technology. The layer by layer A-site ordering results in manganites with modified electronic and magnetic properties, due to the modulation of the lattice strain and the electron occupation in the eg-band of manganese ions. In narrowband CMR manganites the PS and thus the CMR was effected by the ordering. For broadband CMR manganites a way was illustrated, which can lead to transition temperatures TC > 370K. In fully ordered ferromagnetic double perovskites, the influence and the presence of anti-phase boundaries was argued. The introduction of an active valence control enabled the preparation of half-metallic ferrimagnetic double perovskite thin films with the MAD technology.
Keywords: colossal magnetoresistance; thin films; manganite; ferromagnetism; ferrimagnetism; perovskite oxide; cation ordering; double perovskite; metalorganic aerosol deposition; anti-phase boundary
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Ein großes Hindernis für die Anwendbarkeit von oxidischen Perowskiten in elektrotechnischen oder spintronischen Applikationen, ist die Größe der spezifischen Temperaturen, bei der die physikalischen Phänomene, wie Ferromagnetismus oder Hochtemperatur-Supraleitung, beobachtet werden können. Die physikalischen Eigenschaften der Perowskite zeigen eine Abhängigkeit von der Ordnung der verschiedenartigen Metallionen in mehrkomponentigen Systemen. Die Abhängigkeit ergibt sich durch den Einfluss der Metallionen auf die Elektronenkonfiguration und elastischen Verspannung innerhalb des Materials. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der Kontrolle der Füllung und der Bandbreite der elektronischen Bänder im Material durch die Wahl der Metallionen. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist die Präparation und Charakterisierung von künstlich A-Platz geordneten schmal- und breitbandigen Manganat Dünnfilmen als auch von natürlich B-Platz geordneten ferro-/ferrimagnetischen doppelperowskitischen Dünnfilmen. Für die Präparation der dünnen Schichten wurde die unkonventionelle Metallorganischen Aerosol Deposition (MAD) verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass diverse künstlich oder natürlich Kationengeordnete Perowskite mit der MAD Technologie präpariert werden können. Die lagenweise A-Platz Ordnung in Manganaten führt, über die Modulation der Gitterverspannung und der Elektronenbesetzung im eg-Band der Manganionen, zu modifizierten elektronischen und magnetischen Eigenschaften. In schmalbandigen CMR Manganaten wurde die PS und somit der CMR über die Ordnung beeinflusst, während in breitbandigen CMR Manganaten ein Weg aufgezeigt werden konnte, der zu Übergangstemperaturen TC > 370K führen kann. In geordneten, ferromagnetischen Doppelperowskiten wurde der Einfluss und die Anwesenheit von Antiphasen-Grenzen dargelegt. Über die Einführung einer aktiven Valenz-Kontrolle, konnte die Präparation von halbmetallischen, ferrimagnetischen Doppelperowskiten mit der MAD Technologie ermöglicht werden.
Schlagwörter: Kolossaler Magnetowiderstand; Dünnfilme; Manganate; Ferromagnetismus; Ferrimagnetismus; Perowskitische Oxide; Kationen-Ordnung; Doppelperowskite; Metallorganische Aerosol Deposition; Antiphasen-Grenzen