Zugl.: Zürich, Eidgenössische Techn. Hochsch., Diss., 2003. / Zugl.: Zürich, Eidgenössische Techn. Hochsch., Diss., 2003.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Univ., 2001. / Härtill 11 uppsatser.

Universiẗat, Diss., 2000--Dortmund. / Dateiformat: PDF.

Die vorliegende Arbeit untersucht Struktur und Mn-Wertigkeit von La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO)/SrTiO3 (STO)-Dünnschichten, die mit außeraxialer gepulster Laserdeposition auf STO(0 0 1)-Substrat abgeschieden wurden. Aufgrund der hohen Spinpolarisation der Ladungsträger und der hohen Curie-Temperatur von LSMO sowie der geringen Gitterfehlpassung zwischen LSMO und STO erscheinen solche Dünnschichtsysteme interessant für magnetoresistive elektronische Bauelemente wie LSMO/STO/LSMO-Tunnelkontakte. Da das mit steigender Temperatur rasch abnehmende Magnetwiderstandsverhältnis derartiger Tunnelkontakte vor allem auf die atomistische Struktur der LSMO/STO-Grenz?fläche und den damit gekoppelten Ladungszustand der Mn-Ionen zurückgeht, stellt diese Arbeit eine hoch ortsaufgelöste Charakterisierung von Kristallstruktur und Mn-Wertigkeit mit im TEM aufgezeichneten Abbildungen und Elektronen-Energieverlust-Ionisationskanten vor. Der hinsichtlich des Einfl?usses auf die Qualität der Messdaten durchgeführte Vergleich verschiedener TEM-Präparationsverfahren zeigt, dass die konventionell ionengedünnten Querschnitte geringere Verbiegungen aufweisen als die mit fokussiertem Ionenstrahl präparierten und daher besser für die hochau?flösende TEM geeignet sind. Zur Quantifizierung der Mn-Wertigkeit werden die O-K- und Mn-L2,3-Nahkantenfeinstrukturen herangezogen, die sich in charakteristischer Weise mit dem Sr-Gehalt x und damit der Mn-Valenz in La1-xSrxMnO3 ändern. Hierbei reagieren die Kantenenergieabstandsmaße am empfindlichsten auf die Mn-Wertigkeit und ermöglichen eine Valenzbestimmung mit einer Genauigkeit von bis zu ?0,08. Die für das Innere der untersuchten LSMO-Schichten ermittelte Mn-Wertigkeit stimmt mit dem nominalen Wert von 3,3 überein, wohingegen an manchen LSMO/STO-Grenz?flächen zwischen Substrat und Schicht sowie zwischen den Schichten von Multilagen eine Reduktion um 0,1...0,2 zu beobachten ist. Dies kann auf eine La0,7Sr0,3O/TiO2-terminierte Grenz?fläche zurückgeführt werden und deutet darauf hin, dass sich die abschließenden Atomlagen messbar auf die grenzfl?ächennahe Mn-Wertigkeit auswirken. Weiterhin äußert sich der Ein?fluss der Grenz?fläche in dem Auftreten einer Schulter an der Flanke geringeren Energieverlusts der Mn-L3-Kante. Hierfür werden mögliche Ursachen wie Gitterdeformationen und Sauerstoffleerstellen diskutiert. Die geometrische Phasenanalyse von HRTEM-Aufnahmen und TEM-Hellfeldaufnahmen belegen eine tetragonale Verzerrung des LSMO-Schichtkristalls, der aus nadelförmigen Zwillingsdomänen besteht. Aus hochaufgelösten Raster-TEM-Abbildungen mit den unter großem Winkel gestreuten Elektronen geht hervor, dass die LSMO/STO-Grenz?flächen eine kohärente, gelegentlich mit Elementarzellenstufen versehene Gitterstruktur aufweisen. Insbesondere vermitteln die Stufen (Einfach- und Mehrfachstufen) die wellige Struktur der LSMO/STO-Multilagen. Schließlich wird gezeigt, dass die mit konvergenter Beugung bestimmte Fehlorientierung zwischen LSMO-Schicht und STO-Substrat bei geringer durchstrahlter Dicke der TEM-Lamelle die erwartete Netzebenenneigung der Zwillinge übersteigt. Dafür wird eine nachträgliche Relaxation der LSMO-Schicht während der Ionendünnung verantwortlich gemacht.

Darmstadt, Techn. Universiẗat, Diss., 2007.

Die vorliegende Arbeit untersucht Struktur und Mn-Wertigkeit von La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO)/SrTiO3 (STO)-Dünnschichten, die mit außeraxialer gepulster Laserdeposition auf STO(0 0 1)-Substrat abgeschieden wurden. Aufgrund der hohen Spinpolarisation der Ladungsträger und der hohen Curie-Temperatur von LSMO sowie der geringen Gitterfehlpassung zwischen LSMO und STO erscheinen solche Dünnschichtsysteme interessant für magnetoresistive elektronische Bauelemente wie LSMO/STO/LSMO-Tunnelkontakte. Da das mit steigender Temperatur rasch abnehmende Magnetwiderstandsverhältnis derartiger Tunnelkontakte vor allem auf die atomistische Struktur der LSMO/STO-Grenz?fläche und den damit gekoppelten Ladungszustand der Mn-Ionen zurückgeht, stellt diese Arbeit eine hoch ortsaufgelöste Charakterisierung von Kristallstruktur und Mn-Wertigkeit mit im TEM aufgezeichneten Abbildungen und Elektronen-Energieverlust-Ionisationskanten vor. Der hinsichtlich des Einfl?usses auf die Qualität der Messdaten durchgeführte Vergleich verschiedener TEM-Präparationsverfahren zeigt, dass die konventionell ionengedünnten Querschnitte geringere Verbiegungen aufweisen als die mit fokussiertem Ionenstrahl präparierten und daher besser für die hochau?flösende TEM geeignet sind. Zur Quantifizierung der Mn-Wertigkeit werden die O-K- und Mn-L2,3-Nahkantenfeinstrukturen herangezogen, die sich in charakteristischer Weise mit dem Sr-Gehalt x und damit der Mn-Valenz in La1-xSrxMnO3 ändern. Hierbei reagieren die Kantenenergieabstandsmaße am empfindlichsten auf die Mn-Wertigkeit und ermöglichen eine Valenzbestimmung mit einer Genauigkeit von bis zu ?0,08. Die für das Innere der untersuchten LSMO-Schichten ermittelte Mn-Wertigkeit stimmt mit dem nominalen Wert von 3,3 überein, wohingegen an manchen LSMO/STO-Grenz?flächen zwischen Substrat und Schicht sowie zwischen den Schichten von Multilagen eine Reduktion um 0,1...0,2 zu beobachten ist. Dies kann auf eine La0,7Sr0,3O/TiO2-terminierte Grenz?fläche zurückgeführt werden und deutet darauf hin, dass sich die abschließenden Atomlagen messbar auf die grenzfl?ächennahe Mn-Wertigkeit auswirken. Weiterhin äußert sich der Ein?fluss der Grenz?fläche in dem Auftreten einer Schulter an der Flanke geringeren Energieverlusts der Mn-L3-Kante. Hierfür werden mögliche Ursachen wie Gitterdeformationen und Sauerstoffleerstellen diskutiert. Die geometrische Phasenanalyse von HRTEM-Aufnahmen und TEM-Hellfeldaufnahmen belegen eine tetragonale Verzerrung des LSMO-Schichtkristalls, der aus nadelförmigen Zwillingsdomänen besteht. Aus hochaufgelösten Raster-TEM-Abbildungen mit den unter großem Winkel gestreuten Elektronen geht hervor, dass die LSMO/STO-Grenz?flächen eine kohärente, gelegentlich mit Elementarzellenstufen versehene Gitterstruktur aufweisen. Insbesondere vermitteln die Stufen (Einfach- und Mehrfachstufen) die wellige Struktur der LSMO/STO-Multilagen. Schließlich wird gezeigt, dass die mit konvergenter Beugung bestimmte Fehlorientierung zwischen LSMO-Schicht und STO-Substrat bei geringer durchstrahlter Dicke der TEM-Lamelle die erwartete Netzebenenneigung der Zwillinge übersteigt. Dafür wird eine nachträgliche Relaxation der LSMO-Schicht während der Ionendünnung verantwortlich gemacht.

Im Rahmen dieser Dissertation wurden Experimente zur Wechselwirkung von schnellen Atomen mit Oberflächen von Oxidkristallen, Metallkristallen und ultradünnen Oxidfilmen auf Metalloberflächen durchgeführt und modellhaft beschreiben. Die Experimente wurden im Regime der streifenden Streuung für Energien im keV-Bereich durchgeführt. Diese Streugeometrie bietet den Vorteil einer außerordentlich hohen Oberflächensensitivität und somit die Möglichkeit, die kristallographischen Eigenschaften der obersten Atomlage zu untersuchen. Darüber hinaus wurden Experimente zur Bestimmung des Energieverlustes der an den verschiedenen Oberflächen gestreuten Projektile und zur, durch diese Projektile induzierten, Elektronenemission durchgeführt. Die Anregungsenergie für die Elektronenemission und Exzitonen wurde an der Alumina/NiAl(110)- und der SiO2/Mo(112)- Oberfläche für die Streuung von He bestimmt. Durch die Bestimmung der Anzahl von emittierten Elektronen in Abhängigkeit des azimutalen Winkels konnten die Strukturen von obersten Lagen von Adsorbaten mit der Methode der Ionenstrahltriangulation bestimmt werden. / In the framework of the present dissertation the interactions of fast atoms with surfaces of bulk oxides, metals and thin films on metals were studied. The experiments were performed in the regime of grazing incidence of atoms with energies of some keV. The advantage of this scattering geometry is the high surface sensibility and thus the possibility to determine the crystallographic and electronic characteristics of the topmost surface layer. In addition to these experiments, the energy loss and the electron emission induced by scattered projectiles was investigated. The energy for electron emission and exciton excitation on Alumina/NiAl(110) and SiO2/Mo(112) are determined. By detection of the number of projectile induced emitted electrons as function of azimuthal angle for the rotation of the target surface, the geometrical structure of atoms forming the topmost layer of different adsorbate films on metal surfaces where determined via ion beam triangulation.

In dieser Arbeit wird mit Hilfe der koinzidenten Messung des Energieverlusts gestreuter Projektile zusammen mit der Anzahl emittierter Elektronen pro Streuprozess die Wechselwirkung schneller Atome mit Metalloberflächen untersucht. Dabei wird insbesondere die streifende Streuung der Edelgasatome Helium, Neon und Argon an Al(110)-, Al(111)- und Cu(111)-Oberflächen betrachtet. In den ersten Kapiteln wird die Messmethode der streifenden Streuung, der verwendete experimentelle Aufbau sowie der Charakterisierung der untersuchten Metalloberflächen anhand ihrer geometrischen und elektronischen Eigenschaften erläutert. Nach einführenden Betrachtungen zu Energieverlust und Elektronenemission bei der streifenden Streuung von Heliumatomen erfolgt eine detaillierte Diskussion zum Schwellenverhalten der kinetischen Elektronenemission (KE). Dabei wird gezeigt, dass das Schwellenverhalten durch ein Modell basierend auf dem zentralen Stoss zwischen Projektil und Valenzelektronen beschrieben werden kann. Aus den Schwellengeschwindigkeiten werden Informationen über Elektronenimpulse und Elektronenpotentiale vor Metalloberflächen abgeleitet. Ferner wird die Streuung von Neon- und Argonatomen untersucht. Für das System Ne-Al(111) wird ab Senkrechtenergien von ca. 25 eV Elektronenpromotion beobachtet. KE unterhalb der klassischen Schwelle für die Streuung von Neon- und Argonatomen wird im Rahmen von zwei alternativen Modellen interpretiert: der Effekt der Impulsdichteverteilung der Elektronen vor der Oberfläche oder die gleichzeitige Anregung zweier benachbarter Elektronen mit anschließenden Auger-Zerfall. Abschließend die unterschiedlichen KE für axiales und planares Oberflächen-Channeling untersucht und interpretiert. / The kinetic electron emission (KE) in coincidence with the energy loss of noble gas atoms impinging on metal surfaces under grazing angles of incidence is studied. Results for scattering of helium, neon, and argon atoms from Al(111), Al(110), and Cu(111) are presented and discussed. In the first chapters the experimental technique of grazing scattering, the experimental setup, and a geometric and electronic characterization of the surfaces is described. General aspects of projectile energy loss and KE for grazing scattering of helium atoms are discussed. It is shown that the threshold behavior of the KE can be interpreted in terms of a simple model of binary-encounter between projectiles and valence electrons. From threshold velocities for KE electron momenta and potentials in front of the studied metal surfaces are derived. Then special features for the grazing scattering of neon and argon are discussed. For neon impinging on Al(111) with energies normal to the surface above 25 eV electron promotion was found to dominate the electron emission process. Sub-threshold KE for scattering of neon and argon atoms is interpreted by two models. The first one is based on the local electron momentum distribution in front of the surface. The second one involves correlated excitation of two conduction electrons well above the Fermi level with subsequent emission of an electron via Auger deexcitation. Furthermore an explanation for the different KE yields under axial and planar surface channeling conditions is provided.

In this thesis, we present a detailed investigation of the electronic properties of particular transition-metal dichalcogenides. Applying electron-energy loss spectroscopy, the connection between the negative plasmon dispersion of tantalum diselenide and the occurrence of a charge-density wave state (CDW) in this compound as well as related materials is observed. Our studies include doping experiments with alkali metal addition altering the charge density of the compounds. This is known to suppress the CDW. We show that it further changes the plasmon dispersion from negative to positive slope. To estimate the doping rate of the investigated tantalum diselenide samples, a density functional theory approach is introduced, giving reliable results for a quantitative analysis of our findings. We refer to a theoretical model to describe the connection of the charge ordering and the plasmon dynamics. Investigations of the non-CDW compound niobium disulfide give further insights into the proposed interaction. Experimental results are further evaluated by a Kramers-Kronig-analysis. A structural analysis, by means of elastic electron scattering, shows the CDW to be suppressed upon doping, giving space for an emerging superstructure related to the introduced K atoms. / In der vorliegenden Arbeit wird eine detaillierte Untersuchung der elektronischen Eigenschaften von ausgewählten Übergangsmetall-Dichalcogeniden präsentiert. Unter Anwendung von Elektronenenergieverlust-Spektroskopie wird die Verbindung der negativen Plasmomendispersion in Tantaldiselenid zum Auftreten eines Ladungsdichtewelle-Zustands (CDW) in diesem und in verwandten Materialien untersucht. Die Untersuchungen schließen Dotierungsexperimente mit dem Zusatz von Alkalimetallen ein, die die Ladungsdichte der Proben beeinflussen. Einerseits unterdrückt dies die CDW. Es wird außerdem gezeigt, dass sich der Anstieg der Plasmonendispersion von negativ zu positiv ändert. Ein Dichtefunktional-Theorie-Zugang zur Abschätzung der Dotierungsraten der untersuchten Tantaldiselenid-Proben wird genutzt, um verlässliche Ergebnisse für die quantitative Analyse unserer Messungen zu erhalten. Ein theoretisches Modell wird einbezogen, welches die Verbindung der Ladungsordung zur kollektiven Anregung der Ladungsdichte beschreibt, Untersuchungen der nicht-CDW Substanz Niobdisulfid geben weitere Einblicke in die Verbindung der beiden Phänomene. Die experimentellen Resultate werden weiterhin mit einer Kramers-Kronig-Analyse ausgewertet. Strukturelle Untersuchungen mit elastischer Elektronenstreuung zeigen, wie die CDW unterdrückt wird und einer auftauchenden Überstruktur, verursacht von den interkalierten K-Atomen, Raum gibt.

In this thesis, we present a detailed investigation of the electronic properties of particular transition-metal dichalcogenides. Applying electron-energy loss spectroscopy, the connection between the negative plasmon dispersion of tantalum diselenide and the occurrence of a charge-density wave state (CDW) in this compound as well as related materials is observed. Our studies include doping experiments with alkali metal addition altering the charge density of the compounds. This is known to suppress the CDW. We show that it further changes the plasmon dispersion from negative to positive slope. To estimate the doping rate of the investigated tantalum diselenide samples, a density functional theory approach is introduced, giving reliable results for a quantitative analysis of our findings. We refer to a theoretical model to describe the connection of the charge ordering and the plasmon dynamics. Investigations of the non-CDW compound niobium disulfide give further insights into the proposed interaction. Experimental results are further evaluated by a Kramers-Kronig-analysis. A structural analysis, by means of elastic electron scattering, shows the CDW to be suppressed upon doping, giving space for an emerging superstructure related to the introduced K atoms. / In der vorliegenden Arbeit wird eine detaillierte Untersuchung der elektronischen Eigenschaften von ausgewählten Übergangsmetall-Dichalcogeniden präsentiert. Unter Anwendung von Elektronenenergieverlust-Spektroskopie wird die Verbindung der negativen Plasmomendispersion in Tantaldiselenid zum Auftreten eines Ladungsdichtewelle-Zustands (CDW) in diesem und in verwandten Materialien untersucht. Die Untersuchungen schließen Dotierungsexperimente mit dem Zusatz von Alkalimetallen ein, die die Ladungsdichte der Proben beeinflussen. Einerseits unterdrückt dies die CDW. Es wird außerdem gezeigt, dass sich der Anstieg der Plasmonendispersion von negativ zu positiv ändert. Ein Dichtefunktional-Theorie-Zugang zur Abschätzung der Dotierungsraten der untersuchten Tantaldiselenid-Proben wird genutzt, um verlässliche Ergebnisse für die quantitative Analyse unserer Messungen zu erhalten. Ein theoretisches Modell wird einbezogen, welches die Verbindung der Ladungsordung zur kollektiven Anregung der Ladungsdichte beschreibt, Untersuchungen der nicht-CDW Substanz Niobdisulfid geben weitere Einblicke in die Verbindung der beiden Phänomene. Die experimentellen Resultate werden weiterhin mit einer Kramers-Kronig-Analyse ausgewertet. Strukturelle Untersuchungen mit elastischer Elektronenstreuung zeigen, wie die CDW unterdrückt wird und einer auftauchenden Überstruktur, verursacht von den interkalierten K-Atomen, Raum gibt.