In der vorliegenden Arbeit wird dargestellt, wie sich mit Methoden der nuklearen Festkörperphysik Defekte und Deformationen selbst in kristallographisch komplexen Materialien wie den MAX-Phasen, einer Klasse von Komplexcarbiden bzw. -nitriden, in-situ nachweisen lassen. Die sensitive Messgröße bildet dabei der elektrische Feldgradient (EFG), der ein Maß für die Asymmetrie der den jeweiligen Sondenkern umgebenden Ladungsverteilung darstellt. Es werden zwei Wechselwirkungsmechanismen zwischen Defekt und EFG diskutiert: Einerseits die langreichweitigen Auswirkungen elastischer Verzerrungen, andererseits der direkte Einfluss eines Defektes auf seine lokale elektronische Umgebung. Die Bestimmung der elastischen Antwort des Feldgradienten erfolgt mittels Ab-initio-Methoden im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie. Der dabei vorgestellte Ansatz erlaubt es, die Ursachen der Dehnungsabhängigkeit zu klären und andere, speziellere Dehnungsabhängigkeiten wie die Volumenabhängigkeit oder die Strukturabhängigkeit des Feldgradienten zu bestimmen. Die in der Umgebung bestimmter Defekte oder Deformationen auftretenden EFG-Verteilungen werden anhand der allgemeinen Dehnungsabhängigkeit mittels Monte-Carlo-Simulationen bestimmt. Die so vorhergesagten Verteilungen werden durch ein Experiment im Rahmen der gestörten $\gamma$-$\gamma$-Winkelkorrelation (PAC) sichtbar gemacht, indem polykristalline MAX-Phasen unter uniaxialer Last verformt werden. Eine quantitative Auswertung erlaubt es schließlich, Defektdichten in-situ abzuschätzen. Die lokalen Auswirkungen auf den EFG werden anhand verschiedener MAX-Phasen-Mischkristalle systematisch untersucht. Im Zuge dessen wird die Synthese eines bisher unbekannten MAX-Phasen-Mischkristalls, Ti$_2$(Al$_{0,5}$,In$_{0,5}$)C, beschrieben. Die Zugehörigen Gitterkonstanten werden mittels Röntgendiffraktometrie im Rahmen der Rietveld-Methode bestimmt.

Diese Arbeit behandelt mögliche Ursachen der reversiblen Änderung des elektrischen Widerstandes von Praseodym-Kalzium-Manganat (PCMO) durch elektrische Spannungspulse. Für diesen Widerstandsschalteffekt werden entweder chemische oder rein strukturelle Änderungen im PCMO angenommen. In den Experimenten liegt das PCMO als gesputterter Dünnfilm in einem Sandwichkontakt zwischen zwei Edelmetallelektroden vor, wobei die Kontaktflächen durch Strukturierung nur wenige µm² betragen. Um insbesondere die elektrischen Transporteigenschaften der Kontakte und den Einfluss der Grenzflächen zwischen Oxid und Elektroden zu untersuchen, wurden elektrische Charakterisierungen der Sandwichkontakte bei verschiedenen elektrischen Feldstärken, Temperaturen und Magnetfeldern für verschiedene Herstellungsparameter des PCMOs und der Elektroden durchgeführt. Entgegen der üblichen Annahme von Raumladungszonen als bestimmender Faktor des Grenzflächenwiderstandes wurde sowohl in den Grenzflächenwiderständen als auch im Volumenanteil des Films ein elektrischer Transport durch kleine Polaronen beobachtet, wie er von PCMO-Volumenproben bekannt ist. Die damit verbundene Spannungsabhängigkeit der polaronischen Leitfähigkeit, die Änderungen durch elektrisch bzw. magnetisch induzierte kolossale Widerstandseffekte (CER bzw. CMR) sowie negativ-differentielle Effekte in Widerstand bzw. Leitfähigkeit durch Joulesche Erwärmung konnten in den komplexen, stark nicht-linearen Kennlinien zugeordnet werden. Die Befunde legen ein heterogenes Modell für den Grenzflächenwiderstand nahe: Präparationsbedingte, erhöhte Defektdichten, wie z.B. durch Sauerstoffleerstellen, führen lokal zu einem defektinduzierten Metall-Isolator-Übergang und damit zu elektrisch isolierenden Bereichen. Die verbleibenden Bereiche zeigen hingegen noch die Transporteigenschaften von nahezu defektfreien, gut leitfähigem PCMO und bestimmen über ihren effektiven Querschnitt den Grenzflächenwiderstand. Die bei hohen elektrischen Spannungen auftretenden remanenten Schalteffekte konnten einem einzigen Schaltmechanismus mit klar definierter Schaltpolarität zugeordnet werden, obwohl er an beiden Grenzflächen auch gleichzeitig auftreten und sich damit zusammen mit Relaxation- bzw. Akkumulationseffekten in komplexen Widerstandsänderungen überlagern kann. Weder die Wahl der Herstellungsparameter für die PCMO-Schicht noch der Oberelektrode verändern den generellen Schaltmechanismus, wodurch ein struktureller Mechanismus z.B. auf Basis einer empfindlichen langreichweitigen Ladungsordnung im Vergleich zu einer chemischen Änderung sehr unwahrscheinlich wird. Die gemachten Beobachtungen, insbesondere Schaltpolarität und Zeitabhängigkeiten, sind prinzipiell kompatibel mit einer feldgetriebenen Sauerstoff(leerstellen)migration. Hierzu könnte auch die experimentell beobachtete, im Einklang mit Simulationsergebnissen stehende, starke Joulesche Erwärmung während des Schaltens beitragen. Durch eine Änderung der Sauerstoffleerstellenverteilung könnten lokal an den Grenzflächen defektinduzierte Metall-Isolator-Übergänge auftreten, so dass der Widerstandhub als eine Änderung des effektiven Querschnitts der leitfähigen Bereiche an den Grenzflächen zu interpretieren wäre.

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Eine grundlegende Schwierigkeit in der Röntgenoptik liegt in der Bereitstellung geeigneter Optiken. So ist aufgrund der schwachen Wechselwirkung der Röntgenstrahlung mit Materie der Einsatz brechender Optiken nicht sinnvoll, und es wird auf alternative Konzepte wie Röntgenwellenleiter zurückgegriffen. Röntgenwellenleiter sind nicht-dispersive strahlführende Optiken, welche die Kohärenz der Röntgenstrahlung filtern und als quasi-Punktquellen fungieren. Hierbei wird der Röntgenstrahl in einer oder zwei Dimensionen räumlich beschränkt, wobei der Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung eine Abmessung im sub-100 nm-Bereich erfordert. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Verfahren etabliert, mit welchem die Herstellung von Wellenleiterkanälen im sub-50 nm-Bereich in Silizium gelingt. Die Prozessierung basiert hierbei auf einem Schema aus elektronenstrahllithographischer Belichtung, Reaktivem Ionenätzen und Wafer bonding. Das Verfahren ist variabel in Bezug auf verschiedene Wellenleitergeometrien, beispielsweise gekreuzte Wellenleiter und Kanalwellenleiter, ist auf alternative Materialien übertragbar, und erlaubt die Strahlführung auf in einer Dimension gekrümmten Pfaden. Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit hergestellten Wellenleiter wurden erfolgreich an verschiedenen Synchrotron-Messplätzen eingesetzt und ihre Fernfelder charakterisiert, und der kohärente Wellenleiterstrahl wurde in der Röntgenmikroskopie und der holographischen Bildgebung eingesetzt. Es finden sich sowohl für die Quellgröße der Wellenleiter als auch für die Auflösung in der Bildgebung Werte im sub-50 nm-Bereich.

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