Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Dünnfilmwachstum der ternären Oxide Na2IrO3, Li2IrO3, Y2Ir2O7 und YBiO3. All diesen oxidischen Materialien ist gemein, dass sie Verwirklichungen sogenannter Topologischer Isolatoren oder Spin-Flüssigkeiten sein könnten. Diese neuartigen Materiezustände versprechen eine zukünftige Anwendung in der Quantencomputation, in magnetischen Speichern und in elektrischen Geräten mit geringer Leistungsaufnahme. Die Herstellung der hier gezeigten Dünnfilme ist daher ein erster Schritt zur Umsetzung dieser Anwendungen in der Zukunft. Alle Dünnfilme werden mittels gepulster Laserplasmaabscheidung auf verschiedenen einkristallinen Substraten hergestellt. Die strukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften der Filme werden mittels etablierter experimenteller Verfahren wie Röntgenbeugung, spektroskopischer Ellipsometrie und elektrischenWiderstandsmessungen untersucht. Die strukturellen Eigenschaften von erstmalig in der Masterarbeit des Authors verwirklichten Na2IrO3-Dünnfilmen können durch Abscheidung einer ZnO-Zwischenschicht deutlich verbessert werden. Einkristalline Li2IrO3-Dünnfilme mit einer definierten Kristallausrichtung werden erstmalig hergestellt. Die Messung der dielektrischen Funktion gibt Einblick in elektronische Anregungen, die gut vergleichbar mit Li2IrO3-Einkristallen und verwandten Iridaten sind. Des Weiteren wird aus den Daten eine optische Energielücke von ungefähr 300 meV bestimmt. In Y2Ir2O7-Dünnfilmen wird eine mögliche (111)-Vorzugsorientierung in Wachstumsrichtung gefunden. Im Vergleich mit der chemischen Lösungsabscheidung zeigen die hier mittels gepulster Laserplasmaabscheidung hergestellten YBiO3-Dünnfilme eine definierte, biaxiale Kristallausrichtung in der Wachstumsebene bei einer deutlich höheren Schichtdicke. Über die gemessene dielektrische Funktion können eine direkte und indirekte Bandlücke bestimmt werden. Deren Größe gibt eine notwendige experimentelle Rückmeldung an theoretische Berechnungen der elektronischen Bandstruktur von YBiO3, welche zur Vorhersage der oben erwähnten, neuartigen Materiezuständen verwendet werden. Nach einer Einleitung und Motivation dieser Arbeit gibt das zweite Kapitel einen Überblick über den gegenwärtigen Forschungsstand der hier untersuchten Materialien. Die folgenden zwei Kapitel beschreiben die Probenherstellung und die verwendeten experimentellen Untersuchungsmethoden. Anschließend werden für jedes Material einzeln die experimentellen Ergebnisse dieser Arbeit diskutiert. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick. / The present thesis reports on the thin film growth of ternary oxides Na2IrO3, Li2IrO3, Y2Ir2O7 and YBiO3. All of these oxides are candidate materials for the so-called topological insulator and spin liquid, respectively. These states of matter promise future application in quantum computation, and in magnetic memory and low-power electronic devices. The realization of the thin films presented here, thus represents a first step towards these future device applications. All thin films are prepared by means of pulsed laser deposition on various single-crystalline substrates. Their structural, optical and electronic properties are investigated with established experimental methods such as X-ray diffraction, spectroscopic ellipsometry and resistivity measurements. The structural properties of Na2IrO3 thin films, that were previously realized in the author’s M. Sc. thesis for the first time, are improved significantly by deposition of an intermediate ZnO layer. Single-crystalline Li2IrO3 thin films are grown for the first time and exhibit a defined crystal orientation. Measurement of the dielectric function gives insight into electronic excitations that compare well with single crystal samples and related iridates. From the data, an optical energy gap of about 300 meV is obtained. For Y2Ir2O7 thin films, a possible (111) out-of-plane preferential crystal orientation is obtained. Compared to chemical solution deposition, the pulsed laser-deposited YBiO3 thin films presented here exhibit a biaxial in-plane crystal orientation up to a significantly larger film thickness. From the measured dielectric function, a direct and indirect band gap energy is determined. Their magnitude provides necessary experimental feedback for theoretical calculations of the electronic structure of YBiO3, which are used in the prediction of the novel states of matter mentioned above. After the introduction and motivation of this thesis, the second chapter reviews the current state of the science of the studied thin film materials. The following two chapters introduce the sample preparation and the employed experimental methods, respectively. Subsequently, the experimental results of this thesis are discussed for each material individually. The thesis concludes with a summary and an outlook.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Dünnfilmwachstum der ternären Oxide Na2IrO3, Li2IrO3, Y2Ir2O7 und YBiO3. All diesen oxidischen Materialien ist gemein, dass sie Verwirklichungen sogenannter Topologischer Isolatoren oder Spin-Flüssigkeiten sein könnten. Diese neuartigen Materiezustände versprechen eine zukünftige Anwendung in der Quantencomputation, in magnetischen Speichern und in elektrischen Geräten mit geringer Leistungsaufnahme. Die Herstellung der hier gezeigten Dünnfilme ist daher ein erster Schritt zur Umsetzung dieser Anwendungen in der Zukunft. Alle Dünnfilme werden mittels gepulster Laserplasmaabscheidung auf verschiedenen einkristallinen Substraten hergestellt. Die strukturellen, optischen und elektrischen Eigenschaften der Filme werden mittels etablierter experimenteller Verfahren wie Röntgenbeugung, spektroskopischer Ellipsometrie und elektrischenWiderstandsmessungen untersucht. Die strukturellen Eigenschaften von erstmalig in der Masterarbeit des Authors verwirklichten Na2IrO3-Dünnfilmen können durch Abscheidung einer ZnO-Zwischenschicht deutlich verbessert werden. Einkristalline Li2IrO3-Dünnfilme mit einer definierten Kristallausrichtung werden erstmalig hergestellt. Die Messung der dielektrischen Funktion gibt Einblick in elektronische Anregungen, die gut vergleichbar mit Li2IrO3-Einkristallen und verwandten Iridaten sind. Des Weiteren wird aus den Daten eine optische Energielücke von ungefähr 300 meV bestimmt. In Y2Ir2O7-Dünnfilmen wird eine mögliche (111)-Vorzugsorientierung in Wachstumsrichtung gefunden. Im Vergleich mit der chemischen Lösungsabscheidung zeigen die hier mittels gepulster Laserplasmaabscheidung hergestellten YBiO3-Dünnfilme eine definierte, biaxiale Kristallausrichtung in der Wachstumsebene bei einer deutlich höheren Schichtdicke. Über die gemessene dielektrische Funktion können eine direkte und indirekte Bandlücke bestimmt werden. Deren Größe gibt eine notwendige experimentelle Rückmeldung an theoretische Berechnungen der elektronischen Bandstruktur von YBiO3, welche zur Vorhersage der oben erwähnten, neuartigen Materiezuständen verwendet werden. Nach einer Einleitung und Motivation dieser Arbeit gibt das zweite Kapitel einen Überblick über den gegenwärtigen Forschungsstand der hier untersuchten Materialien. Die folgenden zwei Kapitel beschreiben die Probenherstellung und die verwendeten experimentellen Untersuchungsmethoden. Anschließend werden für jedes Material einzeln die experimentellen Ergebnisse dieser Arbeit diskutiert. Die Arbeit schließt mit einer Zusammenfassung und einem Ausblick. / The present thesis reports on the thin film growth of ternary oxides Na2IrO3, Li2IrO3, Y2Ir2O7 and YBiO3. All of these oxides are candidate materials for the so-called topological insulator and spin liquid, respectively. These states of matter promise future application in quantum computation, and in magnetic memory and low-power electronic devices. The realization of the thin films presented here, thus represents a first step towards these future device applications. All thin films are prepared by means of pulsed laser deposition on various single-crystalline substrates. Their structural, optical and electronic properties are investigated with established experimental methods such as X-ray diffraction, spectroscopic ellipsometry and resistivity measurements. The structural properties of Na2IrO3 thin films, that were previously realized in the author’s M. Sc. thesis for the first time, are improved significantly by deposition of an intermediate ZnO layer. Single-crystalline Li2IrO3 thin films are grown for the first time and exhibit a defined crystal orientation. Measurement of the dielectric function gives insight into electronic excitations that compare well with single crystal samples and related iridates. From the data, an optical energy gap of about 300 meV is obtained. For Y2Ir2O7 thin films, a possible (111) out-of-plane preferential crystal orientation is obtained. Compared to chemical solution deposition, the pulsed laser-deposited YBiO3 thin films presented here exhibit a biaxial in-plane crystal orientation up to a significantly larger film thickness. From the measured dielectric function, a direct and indirect band gap energy is determined. Their magnitude provides necessary experimental feedback for theoretical calculations of the electronic structure of YBiO3, which are used in the prediction of the novel states of matter mentioned above. After the introduction and motivation of this thesis, the second chapter reviews the current state of the science of the studied thin film materials. The following two chapters introduce the sample preparation and the employed experimental methods, respectively. Subsequently, the experimental results of this thesis are discussed for each material individually. The thesis concludes with a summary and an outlook.

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Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss von Defekten auf die Eigenschaften von Ferrit-Dünnfilmen untersucht. Die Dünnfilme wurden mit Hilfe von gepulster Laserabscheidung bei verschiedenen Züchtungsparametern hergestellt. Durch Variation der Substrattemperatur und des Sauerstoffpartialdrucks wurden Dünnfilme verschiedener kristalliner Qualität gezüchtet. Diese wurden hinsichtlich ihrer chemischen Komposition mit Hilfe von energie-dispersiver Röntgenspektroskopie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Durch Korrelation der Ergebnisse mit Messungen zum zirkularen magnetischen Röntgendichroismus, konnte eine partielle Inversion der Spinellstruktur nachgewiesen werden. Der Grad der Inversion ist höher für geringe Abscheidetemperaturen. Für diese defektreichen Dünnfilme zeigen Röntgenbeugungsuntersuchungen eine geringere kristalline Ordnung der Dünnfilme. Die strukturellen Defekte haben einen maßgeblichen Einfluss auf die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Ferrit-Dünnfilme. So zeigen die Ferrit-Dünnfilme für geringe Züchtungstemperaturen eine erhöhte elektrische Leitfähigkeit, während Dünnfilme, die bei hohen Substrattemperaturen gezüchtet wurden, isolierend sind. Die Temperaturabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit kann auf thermisch aktivierte Hopping-Leitung oder die Leitung zwischen Clustern, die in einer Matrix eingebettet sind, zurückgeführt werden. Die magnetischen Eigenschaften von Zinkferrit-Dünnfilmen werden maßgeblich durch Defekte in der Spinellstruktur bestimmt, da es nominell in der normalen Spinellstruktur kristallisiert und daher antiferromagnetisch ist. Die partielle Inversion der Eisen- und Zinkionen führt zu Ferrimagnetismus in den Zinkferrit-Dünnfilmen, der mit Hilfe von SQUID-Messungen in dieser Arbeit eingehend untersucht wurde. Durch Korrelation der Ergebnisse der verschiedenen Untersuchungsmethoden konnten Rückschlüsse auf die dominierenden Defekte in den Ferrit-Dünnfilmen geschlossen werden. So sind zum einen Defekte auf atomarer Skala, wie Antisite-Defekte und divalenten Fe-Ionen für die erhöhte elektrische Leitfähigkeit und die größere Magnetisierung der defektreichen Dünnfilme verantwortlich. Zum anderen können ausgedehnte Defekte, im Speziellen Cluster, die in einer amorphen Matrix eingebettet sind, nicht ausgeschlossen werden.

Made available in DSpace on 2015-05-14T13:21:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 3029622 bytes, checksum: 0bf749150147c0f69a86aa470304e203 (MD5) Previous issue date: 2011-05-06 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / SrSnO3 and CaSnO3 present orthorhombic perovskite structure, due the distortions and inclination among octahedra. The distortions favor the obtainment of materials with dielectric and semiconductive properties, leading to many applications in the technological area. In this work SrSnO3 powders were obtained by the polymeric precursor method and thin films based on Ca1-xSrxSnO3were obtained by the PLD (pulsed laser deposition) and CSD (chemical solution deposition) methods. Epitaxial films with high crystalline quality were obtained on SrTiO3 (100) substrates while textured and polycrystalline films were obtained on sapphire and silica. The PLD physical method led to films with higher epitaxy degree comparing to CSD, but with a higher short range disorder. An important point was the possibility of variation of short and long range order of powders and thin films as well as of film morphology, from variation of synthesis conditions as temperature, substrate and composition. / SrSnO3 e CaSnO3 apresentam estrutura perovskita ortorrômbica, proveniente das distorção e inclinações de seus octaedros. Estas distorções favorecem a obtenção de materiais com propriedades dielétricas e semicondutoras, levando a inúmeras aplicações no setor tecnológico. Neste trabalho, pós de SrSnO3 foram obtidos pelo método dos precursores poliméricos e filmes finos no sistema Ca1-xSrxSnO3 pelos métodos PLD (do inglês, pulsed laser deposition) e CSD (do inglês, chemical solution deposition). Filmes epitaxiais com elevada qualidade cristalina foram obtidos em substrato de SrTiO3 (100) e filmes com crescimento texturizados e policristalinos foram obtidos em substrato de safira e sílica. Foi possível observar que o método físico PLD produziu filmes com maior grau de epitaxia em comparação ao CSD, no entanto, apresentaram maior desordem a curto alcance. Um ponto importante é que, a partir da variação das condições como temperatura, substrato e composição é possível variar a ordem a curto alcance e longo alcance em pós e filmes finos, bem como nas características morfológicas dos filmes.

Cette thèse concerne l’étude de l’effet du dopage au chrome sur les propriétés structurales, électriques et optiques des films de dioxyde de vanadium. Ces films V(1-x)CrxO2 (x allant de 0 à 25%) de 110 nm d’épaisseur ont été déposés par dépôt par ablation laser (PLD) multicibles sur substrat saphir c. Ils ont été caractérisés grâce à des techniques d’analyse morphologique, structurale, électrique et optique. Les différentes phases présentes dans les films V(1-x)CrxO2 ont été identifiées par DRX, spectroscopie Raman et comparées au diagramme de phase du matériau massif. Les phases M1, M2 et M3, un mélange M2 + M3 et la phase R ont été identifiées. En revanche la phase M4 n’a pas été détectée pour des dopages supérieurs à 8%, montrant une réelle différence entre diagrammes de phase du matériau massif et des films. Le dopage au chrome a permis d’augmenter la température de transition isolant-métal de 68 à 102°C. En revanche, la dynamique de cette transition, déterminée par mesure de transmission optique ou par mesure de résistivité électrique, est souvent diminuée. Enfin, des dispositifs à deux terminaux à base de films V(1-x)CrxO2 ont été réalisés. Leurs caractérisations courant-tension montrent que le dopage au chrome influence fortement le seuil d’activation de la transition entre les états isolant et métallique. / This thesis presents a study of the effect of chromium doping on structural, electrical and optical properties of thin films of vanadium dioxide. These V(1-x)CrxO2 thin films (x from 0 to 25%) of 110 nm thick have been deposited on c sapphire substrate by multi target Pulsed Laser Deposition method. Their morphological, structural, electrical and optical properties have been studied. Different phases for V(1-x)CrxO2 have been identified by XRD and Raman analysis and compared to those of bulk material. M1, M2, M3, a mixture M2 + M3 and R phases are present. The M4 phase has not been detected for doping above 8%, showing a real difference between phase diagram of bulk and thin films. Chromium doping also increases the metal-insulator transition temperature from 68°C to 102°C. Moreover, the transition dynamics, determined using optical transmission and electrical resistivity measurements, decreases. Finally, two terminal switches based on V(1-x)CrxO2 thin films have been fabricated. Their current-voltage characterization showed that chromium doping affects the activation threshold voltage of the metal to insulator transition.

The layered honeycomb lattice iridate Na2IrO3 is a novel candidate material for either a topological insulator or spin liquid. These states of matter are one possible starting point for the future realization of scalable quantum computation, but may also find application in magnetic memory or low-power electronic devices. This thesis reports on the pulsed laser deposition of high-quality heteroepitaxial (001)-oriented Na2IrO3 thin films with well-defined in-plane epitaxial relationship on 5-by-5 and 10-by-10 square millimeter single-crystalline sapphire, YAlO3 and zinc oxide substrates. Three-dimensional Mott variable range hopping is the dominant conduction mechanism between 40 and 300 K. Moreover, a signature of the proposed topological insulator phase is found in magnetoresistance by observation of the weak antilocalization effect that is associated with topological surafce states. Compared to single crystals, a smaller, 200-meV optical gap in Na2IrO3 thin films is found by Fourier-transform infrared transmission spectroscopy.

En del av en Audioanalystor har blivit utveckladoch implementerad som en applikation i det hårdvarubeskrivande språket VHDL. Denna del har sedan programmerats in i en PLD-krets på ett kretskort som används i audiotester för mobiltelefoner på Flextronics. Applikationen konverterar data så att det ska gå att skicka information mellan telefonen och olika mätinstrument. Applikationen består av två äldre applikationer. Av dessa två har en blivit helt implementerad. I den andra kvarstår att finna orsaken till varför den ger ifrån sig felaktigt data i form av oönskat brus. Arbetet avbröts p.g.a. slutdatum. A part of an audio analyzer has been developed and implemented as an application in the hardware description language VHDL. This part has later been programmed into a PLD device on a circuit board used for audio tests on mobile telephones at Flextronics. The application converts data, making it possible to send information between the telephone and different measuring instruments. The application consists of two older applications. One of them has been fully implemented. What is left in the other part is to find the cause why it is sending wrong data as unwanted noise. The work had to be stopped when deadline was reached / A part of an audio analyzer has been developed and implemented as an application in the hardware description language VHDL. This part has later been programmed into a PLD device on a circuit board used for audio tests on mobile telephones at Flextronics. The application converts data, making it possible to send information between the telephone and different measuring instruments. The application consists of two older applications. One of them has been fully implemented. What is left in the other part is to find the cause why it is sending wrong data as unwanted noise. The work had to be stopped when deadline was reached.

Pax3 protein is initially expressed in the dermomyotome of embryonic somites, which gives rise to skeletal muscle. Following myogenesis, Pax3 expression is mostly down-regulated and becomes restricted to a few satellite cells (SCs) of select mature muscles. SCs are activated to form new myonuclei during muscle hypertrophy, regeneration and repair. Intrafusal fibers of muscle spindles are thought to persist in a comparatively immature state as, unlike extrafusal fibers, they maintain small diameters, developmental myosins, Myf5 expression and high SC concentrations. This thesis tests the hypotheses that Pax3 expression is preferentially maintained in SCs of adult skeletal muscle spindles and can be augmented under conditions of SC activation. To study Pax3 through development, immunohistochemical techniques were used to identify SCs by their Pax7 expression, and analyze the proportion of SCs and myonuclei (MN) expressing Pax3 in chicken anterior latissimus dorsi (ALD) muscle excised at 9, 30, 62, and 145 days post-hatch. To induce SC activation, tenotomy was performed on the right ALD muscle of 138-day post-hatch chicks to induce compensatory hypertrophy of the ipsilateral synergistic posterior latissimus dorsi (PLD) muscle. The PLD was analyzed seven days after ALD tenotomy using similar immunohistochemical techniques. This is the first study to show Pax3 expressing SCs within intrafusal fibers of muscle spindles. This thesis demonstrates that throughout development there is a higher percentage of Pax3 expressing SCs within intrafusal fibers of muscle spindles than the surrounding extrafusal fibers that compose the bulk of the muscle. It is also revealed that the proportion of the SC population expressing Pax3 declines with age in both intrafusal and extrafusal fibers. Compensatory hypertrophy of the PLD resulted in a greater percentage of Pax3 expressing SCs in intrafusal and extrafusal fibers than under control conditions. The percentage of SCs expressing Pax3 after PLD overload was similar to that seen in young control muscle. The percentage of Pax3 expressing MN also increased after muscle overload to levels seen in young muscle. A disproportionate decrease in the proportion of SCs expressing Pax3 during development, and a disproportionate increase in the percentage of Pax3 positive SCs as a result of experimentally induced muscle hypertrophy, suggests that Pax3 expression in maturing muscle may be more than just a developmental vestige. Pax3 may be a factor in the activation and differentiation of SCs in maturing muscle.

Pax3 protein is initially expressed in the dermomyotome of embryonic somites, which gives rise to skeletal muscle. Following myogenesis, Pax3 expression is mostly down-regulated and becomes restricted to a few satellite cells (SCs) of select mature muscles. SCs are activated to form new myonuclei during muscle hypertrophy, regeneration and repair. Intrafusal fibers of muscle spindles are thought to persist in a comparatively immature state as, unlike extrafusal fibers, they maintain small diameters, developmental myosins, Myf5 expression and high SC concentrations. This thesis tests the hypotheses that Pax3 expression is preferentially maintained in SCs of adult skeletal muscle spindles and can be augmented under conditions of SC activation. To study Pax3 through development, immunohistochemical techniques were used to identify SCs by their Pax7 expression, and analyze the proportion of SCs and myonuclei (MN) expressing Pax3 in chicken anterior latissimus dorsi (ALD) muscle excised at 9, 30, 62, and 145 days post-hatch. To induce SC activation, tenotomy was performed on the right ALD muscle of 138-day post-hatch chicks to induce compensatory hypertrophy of the ipsilateral synergistic posterior latissimus dorsi (PLD) muscle. The PLD was analyzed seven days after ALD tenotomy using similar immunohistochemical techniques. This is the first study to show Pax3 expressing SCs within intrafusal fibers of muscle spindles. This thesis demonstrates that throughout development there is a higher percentage of Pax3 expressing SCs within intrafusal fibers of muscle spindles than the surrounding extrafusal fibers that compose the bulk of the muscle. It is also revealed that the proportion of the SC population expressing Pax3 declines with age in both intrafusal and extrafusal fibers. Compensatory hypertrophy of the PLD resulted in a greater percentage of Pax3 expressing SCs in intrafusal and extrafusal fibers than under control conditions. The percentage of SCs expressing Pax3 after PLD overload was similar to that seen in young control muscle. The percentage of Pax3 expressing MN also increased after muscle overload to levels seen in young muscle. A disproportionate decrease in the proportion of SCs expressing Pax3 during development, and a disproportionate increase in the percentage of Pax3 positive SCs as a result of experimentally induced muscle hypertrophy, suggests that Pax3 expression in maturing muscle may be more than just a developmental vestige. Pax3 may be a factor in the activation and differentiation of SCs in maturing muscle.