Spektroskopische und mikroskopische Untersuchung von Phasenübergängen in stark korrelierten Übergangsmetallverbindungen

Hanff, Arndt ORCID

Stark korrelierte Materialien offenbaren einige der faszinierendsten, aber auch herausforderndsten physikalische Phänomene unserer Zeit. Sie offenbaren vielfältige Phasenübergänge, wie Metall-Isolator-Übergänge, das Auftreten von Supraleitung, Ferroelektrizität, Spin- und Ladungsdichtewellen. Besonders Vertreter der Übergangsmetallverbindungen weisen starke Wechselwirkungen zwischen Ladung, Gitter, Spin- und orbitaler Ordnung auf. Durch die Möglichkeit zur Miniaturisierung und die kontrollierbaren elektronischen Ordnungsparameter bieten sie ein enormes Erweiterungspotential in der Mikroelektronik, beispielsweise für Sensoren oder nichtflüchtige, ultraschnelle Speicherbausteine. Zur vollen Ausnutzung des Potentials dieser Materialien ist das Studium der mikroskopischen Mechanismen von zentraler Bedeutung, da praktisch alle Makroeigenschaften aus den mikroskopischen Abläufen resultieren. Daher ist die Zielsetzung dieser Arbeit, Phasenübergänge ausgewählter Vertreter dieser Materialklasse während des Übergangs, unter variablen äußeren Einflüssen, wie Temperaturänderungen, elektrischen Feldern sowie Gitterdeformationen zu studieren. Hierfür wird auf verschiedene röntgenspektroskopische und -mikroskopische Methoden zurückgegriffen, die einen mikroskopischen Einblick in die elektronische Strukturen der untersuchten Modell- und anwendungsnahen Systeme realisieren.

Correlated electron materials exhibit some of the most exotic, dramatic, and intellectually challenging behavior in the quantum world. They offer enormous potential to expand the scope of operation in modern microelectronics with their fascinating ordering phenomena, e.g. metal-to-insulator transitions or charge-density waves (CDW). One example for this type of materials are the transition-metal compounds that are promising candidates for realizing future devices. Employing their ability of energy efficient switching between distinct collective highly correlated electronic states, they are supposed to replace the conventional silicon-based semiconductor technology for added functionality and miniaturization down to the nanoscale. It is necessary to study their microscopic properties to fully understand their complete potential. Consequently, the goal of this work was to establish in operando techniques and study the electronic structure of transition-metal-compound candidates during selected phase transitions. This aim was achieved by applying spectroscopic and microscopic methods based on x-rays, focusing on the in operando ability.

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Hanff, Arndt: Spektroskopische und mikroskopische Untersuchung von Phasenübergängen in stark korrelierten Übergangsmetallverbindungen. 2018.

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