Preisträger

Wände mit besonderer Funktion

Domänenwände in Multiferroika lassen sich gezielt beeinflussen und besitzen einzigartige funktionale Eigenschaften.

  • Dennis Meier
  • 09 / 2017 Seite: 55

Die Grenzfläche zwischen zwei Materialien kann völlig andere Eigenschaften besitzen als ihre Umgebung. Beispielsweise kann die Zwischenschicht zwischen zwei Isolatoren elektrisch leit­fähig sein. Seit einiger Zeit sind ferroelektrische Domänenwände in Multiferroika als spezielle Grenzflächen in das Zentrum des Interesses gerückt. Sie lassen sich nicht nur erzeugen, vernichten und verschieben, sondern durch elektrische und magnetische Felder gezielt manipulieren. Damit könnten sie unter anderem als räumlich mobile Leiterbahnen dienen.

Oxidische Materialien besitzen viele wissenschaftlich interessante und technologisch nützliche Eigen­schaften. Verantwortlich hierfür ist das starke Wechselspiel der elektronischen Ladungsträger in diesen Materialien, das zu einzigartigen physikalischen Phänomenen führt. Hierzu zählen exotische magnetische Ordnungsstrukturen, kolossale magnetoresistive Effekte, Hochtemperatursupraleitung und vieles mehr. Besonders interessant sind oxidische Grenzflächen [1]. Sie entstehen, wenn zwei Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften aufeinandertreffen. Dabei spielt es eine untergeordnete Rolle, ob diese Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung oder etwa der Gitterstruktur liegen. Generell bedeutet das Auftreten einer Grenzfläche einen Symmetrie­bruch gegenüber der homogenen Ordnung des umliegenden Materials. Dieser Symmetriebruch spiegelt sich in der lokalen mikroskopischen Struktur wider und ermöglicht neue Material­eigenschaften. Zusätzlich verursachen Grenzflächen lokale Verspannungen im Kristallgitter und Anomalien in der Ladungsverteilung. Aufgrund dieser Eigenschaften können oxidische Grenzflächen ein faszinierendes und facettenreiches Eigenleben entwickeln.

Ein prominentes Beispiel für eine funktionale oxidische Grenzfläche ist die Zwischenschicht, die entsteht, wenn die beiden Isolatoren LaAlO3 (LAO) und SrTiO3 (STO) aufeinandertreffen [2]. An der Grenzfläche entwickelt sich ein freies Elektronengas, das die Leitfähigkeit lokal drastisch erhöht. Bei genügend tiefen Temperaturen treten sogar supraleitende Eigenschaften auf. Dieses Beispiel zeigt eindrucksvoll, wie sehr sich Grenzflächen vom umliegenden Material abheben können und welche physikalischen Über­raschungen sich hier verbergen...

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