In der Arbeit werden die mikrostrukturellen Eigenschaften von an (110)-Flächen orientierten Heterostrukturen auf GaAs-Substraten mittels verschiedener Techniken der Transmissionselektronenmikroskopie untersucht. Kubisch flächenzentrierte (Al,Ga)As/AlAs/GaAs Mehrschichtstrukturen auf GaAs(110) weisen in orthogonalen Richtungen parallel zur Substratoberfläche verschiedene Mechanismen zur Aufnahme der Verspannungen aufgrund von Fehlanpassungen auf. Defektfreie Strukturen sind durch eine geeignete, kurz periodische AlAs/GaAs-Überstruktur erfolgreich realisiert worden. Abschließend sind künstliche Defekte per Nanoindentation in den defektfreien Proben erzeugt worden, um die Auswirkung kurzperiodischer Übergitter zu prüfen. Das System aus hexagonal dicht gepacktem MnAs auf GaAs(110) zeichnet sich durch anisotrope Gitterfehlanpassung von -7.5% und 0.7% entsprechend der [11-20] und der [0001] Richtungen aus. Eine Benetzungsschicht, die der Entstehung von Inseln vorausgeht, wird beobachtet, was das Stranski-Krastanov-Wachstum von MnAs belegt. Die Dehnung durch die Gitterfehlpassung von 0.7% wird elastisch eingebaut, während die Spannung durch die Gitterfehlanpassung in der senkrechten [11-20] Richtung durch die Entstehung einer periodischen Anordnung, vollständiger Gitterfehlanpassungsversetzungen abgebaut wird, die sich von der Grenzfläche entfernt im MnAs-Gitter befinden. Das aus der Versetzungsanordnung resultierende Dehnungsfeld ist auf eine Dicke von 3.4 nm um die Grenzfläche beschränkt. Eine atomare Struktur der Grenzfläche wird basierend auf dem Vergleich von HRTEM-Aufnahmen und Simulationen vorgeschlagen. CoAl-Legierungen in der B2-Phase sind zum Vergleich auf (001) und auf (110) orientierten GaAs-Substraten hergestellt worden. Beide Fälle weisen die Koexistenz der B2-Phase und der ungeordneten, kubisch raumzentrierten Variante auf. Die Unordnung wird teilweise durch die epitaktische Dehnung und teilweise durch Diffusion von Punktdefekten hervorgerufen. / In the work, we systematically investigate the microstructural properties of (110) oriented heterostructures on GaAs substrates by means of different transmission electron microscopy techniques. Fcc-type (Al,Ga)As/AlAs/GaAs multilayer structure on GaAs (110) presents different mismatch strain accommodation mechanisms along the perpendicular in-plane directions. Defect-free structures are successfully acquired by an appropriate type of AlAs/GaAs short period superlattice. Finally, artificial defects are intentionally produced by nano-indentation to the defect-free sample to verify the effect of short period superlattices. Hcp-type MnAs on GaAs (110) system is characterized by anisotropic lattice mismatches of -7.5% and 0.7% along the [11-20] and [0001] direction, respectively. A wetting layer is observed prior to the formation of islands, indicating a Stranski-Krastanov growth mode of MnAs. The strain corresponding to the 0.7% lattice misfit is accommodated elastically, whereas the mismatch stress along perpendicular [11-20] direction is relived by the formation of a periodic array of perfect misfit dislocations with a stand-off position in MnAs lattice. The long range strain field associated with the dislocation array is constrained at the interface within a thickness of about 3.4 nm. An interfacial atomic configuration is also proposed based on the comparison between HRTEM image and the simulations. B2-type CoAl alloys are realized on (001) and (110) oriented GaAs substrates for comparison. They are both characterized by a coexistence of B2 phase and its disordered version bcc phase. The disordering is induced partially by the epitaxial strain and partially by the diffusion of point defects.

Die untersuchten Ferekristalle sind neuartige Verwachsungs-Schichtverbindungen aus m Monolagen von Niobdiselenid (NbSe2), die wiederholt mit n atomaren Bilagen von Bleiselenid (PbSe) oder Zinnselenid (SnSe) geschichtet sind. Niobdiselenid als Volumenmaterial besitzt eine Schichtstruktur und ist ein Supraleiter. Aufgrund ihrer gezielt einstellbaren atomar geschichteten Struktur können Ferekristalle als Modellsysteme für geschichtete Supraleiter dienen. In dieser Arbeit werden ihre strukturellen und elektrischen Eigenschaften untersucht. Mittels Transmissionselektronenmikroskopie wird ihre turbostratisch ungeordnete, nanokristalline Struktur nachgewiesen. Die atomare Struktur innerhalb der einzelnen Schichten ist ähnlich wie in den Volumenmaterialien NbSe2, PbSe und SnSe, wobei die kristallographischen c-Achsen parallel zur Stapelrichtung der Ferekristalle zeigen. Eine quantitative Analyse unter Verwendung eines Zwei-Schicht-Modells für den spezifischen Widerstand, Hall-Koeffizienten und Magnetwiderstand liefert ähnliche Ladungsträgersorten, -dichten und –beweglichkeiten in den NbSe2-Schichten, wie sie für isolierte Einzellagen von NbSe2 berichtet wurden. Diese unterscheiden sich von denen des Volumenmaterials NbSe2. Erstmals wurde ein Übergang der Ferekristalle in den supraleitenden Zustand nachgewiesen. Die Sprungtemperaturen sind dabei in etwa auf die Hälfte der Sprungtemperaturen der jeweiligen nicht turbostratisch ungeordneten Misfit-Schichtverbindungen reduziert. Diese Reduzierung kann der turbostratischen Unordnung der Ferekristalle zugeordnet werden. Das Verhältnis zwischen der schichtsenkrechten Ginzburg-Landau-Kohärenzlänge und dem Abstand zwischen den supraleitenden Schichten ist bei den Ferekristallen kleiner als bei den nicht ungeordneten Misfit-Schichtverbindungen, was Ferekristalle zu vielversprechenden Kandidaten für (quasi-)zweidimensionale Supraleiter macht. / The investigated ferecrystals are novel layered intergrowth compounds consisting of m monolayers of niobium diselenide (NbSe2) stacked repeatedly with n atomic bilayers of lead selenide (PbSe) or tin selenide (SnSe). Bulk NbSe2 is a layered compound showing superconductivity. Due to their artificially atomic-scale layered structure, which is tunable on the atomic scale, ferecrystals can serve as model systems for layered superconductors. In this study, their structural and electrical properties are investigated. Using transmission electron microscopy their turbostratically disordered, nanocrystalline structure is revealed. The atomic structure within the individual layers is similar as for bulk NbSe2, PbSe and SnSe, with the crystallographic c-axes parallel to the stacking direction in the ferecrystals. A quantitative analysis using a two-layer model fit for the electrical resistivity, Hall coefficient and magnetoresistance yields a similar carrier type, density and mobility in the NbSe2 layers as reported for isolated NbSe2 monolayers. These values differ from those of bulk NbSe2. For the first time, a normal-to-superconducting transition has been detected in ferecrystals. The transition temperatures of the ferecrystals are reduced to about a half of those of analogous non-disordered misfit layer compounds. This reduction in transition temperature can be correlated to the turbostratic disorder in ferecrystals. The ratio between the cross-plane Ginzburg-Landau coherence length and the cross-plane distance between the NbSe2 layers for the ferecrystals is lower than for non-disordered misfit layer compounds, making ferecrystals promising candidates for (quasi-)two-dimensional superconductors.