This thesis describes the growth and characterization of both the all-oxide heterostructure Fe3O4/ZnO and the spin-orbit coupling driven layered perovskite iridates. As for Fe3O4/ZnO, the 100% spin-polarized Fe3O4 is a promising spin electrode candidate for spintronic devices. However, the single crystalline ZnO substrates exhibit different polar surface termination which, together with substrate preparation method, can drastically affect the physical properties of Fe3O4/ZnO heterostructures. In this thesis two different methods of substrate preparation were investigated: a previously used in situ method involving sputtering and annealing treatments and a recent ex situ method containing only the annealing procedure. For the latter, the annealing treatment was performed in dry and humid O2 gas flow for the O- and Zn-terminated substrates, respectively, to produce atomically at surfaces as verified by atomic force microscopy(AFM). With these methods, four different ZnO substrates were fabricated and used further for Fe3O4 film growth. Fe3O4 films of 20 nm thickness were successfully grown by reactive molecular beam epitaxy. AFM measurements reveal a higher film surface roughness for the samples with in situ prepared substrates. Moreover, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements indicate significant Zn substitution within the Fe3O4 film for these samples, whereas the samples with ex situ prepared substrates show stoichiometric Fe3O4 films. X-ray diffraction measurements confirm the observations from XPS, revealing additional peaks due to Zn substitution in Fe3O4 films grown on in situ prepared ZnO substrates. Conductivity, as well as magnetometry, measurements show the presence of Zn-doped ferrites in films grown on in situ prepared substrates. Such unintentionally intercalated Zn-doped ferrites dramatically change the electrical and magnetic properties of the films and, therefore, are not preferred in a high-quality heterostructure. X-ray reflectivity (XRR) measurements show for the film grown on ex situ prepared Zn-terminated substrate a variation of film density close to the interface which is also confirmed by transmission electron microscopy (TEM). Using polarized neutron reflectometry, magnetic depth profiles of the films grown on ex situ prepared substrates clearly indicate Fe3O4 layers with reduced magnetization at the interfaces. This result is consistent with earlier observations made by resonant magnetic X-ray reflectometry (RMXR), but in contrast to the findings from XRR and TEM of this thesis. A detailed TEM study of all four samples shows that the sample with ex situ prepared O-terminated substrate has the sharpest interface, whereas those with ex situ prepared Zn-terminated as well as in situ prepared substrates indicate rougher interfaces. STEM-EELS composition profiles of the samples reveal the Zn substitution in the films with in situ prepared substrates and therefore confirm the presence of Zn-doped ferrites. Moreover, a change of the Fe oxidation state of the first Fe layer at the interface which was observed in previous studies done by RMXR, was not verified for the samples with in situ prepared substrates thus leaving the question of a possible presence of the magnetically dead layer open. Furthermore, density functional theory calculations were performed to determine the termination dependent layer sequences which are ...-Zn-O-(interface)-[Fe(octa)-O-Fe(tetra)-Fe(octa)-Fe(tetra)-O]-[...]-... and ...-O-Zn-(interface)-[O-Fe(octa)-O-Fe(tetra)-Fe(octa)-Fe(tetra)]-[...]-... for the samples with O- and Zn-terminated substrates, respectively. Spin density calculations show that in case of O-termination the topmost substrate layers imitate the spin polarization of film layers close to the interface. Here, the first O layer is affected much stronger than the first Zn layer. Due to the strong decrease of this effect toward deeper substrate layers, the substrate surface is supposed to be sensitive to the contiguous spin polarization of the film. Thus, the topmost O layer of the O-terminated substrate could play the most essential role for effective spin injection into ZnO. The 5d transition metal oxides Ba2IrO4 (BIO) and Sr2IrO4 (SIO) are associated with the Ruddlesden-Popper iridate series with phase type "214" (RP{214), and due to the strong spin-orbit coupling belong to the class of Mott insulators. Moreover, they show many similarities of the isostructural high Tc-cuprate superconductors, e.g. crystal structure, magnetism and electronic band structure. Therefore, it is of great interest to activate a potential superconducting phase in (RP{214) iridates. However, only a small number of publications on PLD grown (RP{214) iridates in the literature exists. Furthermore, published data of soft X-ray angle resolved photoemission spectroscopy (SX-ARPES) experiments mainly originate from measurements which were performed on single crystals or MBE grown films of SIO and BIO. In this thesis La-doped SIO films (La0:2Sr1:8IrO4, further referred as LSIO) were used to pursue a potential superconducting phase. A set of characterization methods was used to analyze the quality of the PLD grown BIO, SIO and LSIO films. AFM measurements demonstrate that thick PLD grown(RP{214) iridate films have rougher surfaces, indicating a transition from a 2D layer-bylayer growth (which is demonstrated by RHEED oscillations) to a 3D island-like growth mode. In addition, chemical depth profiling XPS measurements indicate an increase of the O and Ir relative concentrations in the topmost film layers. Constant energy k-space maps and energy distribution curves (EDCs) measured by SX-ARPES show for every grown film only weak energy band dispersions, which are in strong contrast to the results obtained on the MBE grown films and single crystals from the literature. In this thesis, a subsequent TEM study reveals missing SrO layers within the grown films which occur mainly in the topmost layers, confirming the results and suggestions from XPS and SX-ARPES data: the PLD grown films have defects and, therefore, incoherently scatter photoelectrons. Nevertheless, the LSIO film shows small additional spectral weight between the highsymmetry M points close to the Fermi level which can be attributed to quasiparticle states which, in turn, indicates the formation of a Fermi-arc. However, neither conductivity measurements nor valence band analysis via XPS confirm an activation of a superconducting phase or presence of spectral weight of quasiparticle states at the Fermi level in this LSIO film. It is possible that these discovered difficulties in growth are responsible for the low number of SX-ARPES publications on PLD grown (RP{214) iridate films. For further investigations of (RP{214) iridate films by SX-ARPES, their PLD growth recipes have to be improved to create high quality single crystalline films without imperfections. / Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Wachstum und der Charakterisierung der oxidischen Heterostruktur Fe3O4/ZnO sowie der durch Spin-Bahn-Kopplung angetriebenen, aus Perowskitlagen geschichteten Iridate. In Bezug auf Fe3O4/ZnO, ist das zu 100% spinpolarisierte Magnetit ein vielversprechender Kandidat, um als Spinelektrode in Spintronikbauteilen eingesetzt zu werden. Die einkristallinen ZnO Substrate besitzen auf deren Oberflächen jedoch unterschiedlich polare Terminierungen, welche, zusammen mit dem verwendeten Verfahren für die Substratpraparation, die physikalischen Eigenschaften von Fe3O4/ZnO Heterostrukturen drastisch beeinflussen können. In dieser Arbeit wurden zwei unterschiedliche Verfahren für die Substratpräparation untersucht: zum einen ein bereits früher verwendetes in situ Verfahren, das eine Sputter- und Temperbehandlung beinhaltet, zum anderen ein neues ex situ Verfahren, das ausschließlich aus einer Temperbehandlung besteht. Im letzteren Fall wurde für O- und Zn-terminierte Substrate die Temperbehandlung entsprechend in trockener und feuchter O2 Atmosphäre durchgeführt, um atomar glatte Oberflächen zu erzielen. Dies wurde mithilfe der Rasterkraftmikroskopie (AFM) verifiziert. Mit diesen Verfahren wurden vier verschiedene ZnO Substrate hergestellt und anschließend für das Fe3O4 Filmwachstum verwendet. 20 nm dicke Fe3O4 Filme wurden mithilfe der reaktiven Molekularstrahlepitaxie erfolgreich gewachsen. AFM Messungen zeigen, dass die Proben mit in situ präparierten Substraten eine höhere Rauigkeit der Filmoberfläche besitzen. Des Weiteren zeigen Messungen mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) fü diese Proben eine signifikante Zn-Substitution innerhalb des Fe3O4 Films, wohingegen Proben mit ex situ präparierten Substraten stöchiometrisch gewachsene Filme vorweisen. Messungen mit Röntgenbeugung bestätigen die Beobachtungen aus XPS, indem sie zusätzliche Peaks aufdecken, welche aufgrund der Zn-Substitution in den Fe3O4 Filmen mit in situ präparierten Substraten entstehen. Sowohl Leitfähigkeits- als auch Magnetometriemessungen zeigen, dass Zn-dotierte Ferrite in den Filmen mit in situ präparierten Substraten vorhanden sind. Solche unabsichtlich eingelagerten Zn-dotierten Ferrite ändern die elektrischen und magnetischen Eigenschaften der Filme grundlegend und sind aus diesem Grund für die gewünschte Qualität der Heterostruktur schädlich. Für die Filme mit Zn-terminierten ex situ präparierten Substraten zeigen XRR Messun- gen eine Veränderung der Dichte des Films in Grenzschichtnähe an, die auch mithilfe der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) bestätigt wird. Unter Verwendung der polarisierten Neutronenreflektometrie zeigen die magnetischen Tiefenprofile der Filme mit ex situ präparierten Substraten eindeutig Fe3O4 Lagen mit reduzierter Magnetisierung an der Grenzschicht an. Dieses Resultat ist vereinbar mit früheren Beobachtungen aus der resonanten magnetischen Röntgenreflektometrie (RMXR), das jedoch im Gegensatz zu den Ergebnissen aus XRR und TEM aus dieser Arbeit steht. Eine detaillierte TEM Studie über alle vier Proben demonstriert, dass die Probe mit O-terminiertem ex situ präpariertem Substrat die schärfste Grenzschicht aufweist, während jene mit in situ präparierten sowie Zn-terminierten ex situ präparierten Substraten rauere Grenzschichten anzeigen. STEM-EELS Kompositionsprofile der Proben lassen die Zn-Substitution in den Filmen mit in situ präparierten Substraten erkennen und bestätigen somit die Präsenz von Zn-dotierten Ferriten. Außerdem wurde eine Ä nderung des Oxidationszustandes von Fe in den ersten Fe Lagen an der Grenzschicht, das in früheren Studien mithilfe RMXR beobachtet wurde, bei den Proben mit in situ präparierten Substraten nicht bestätigt. Dadurch bleibt die Frage nach der möglichen Präsenz einer magnetisch toten Schicht offen. Weiterhin wurden mithilfe der Dichtefunktionaltheorie Rechnungen durchgeführt, um die terminierungsabhängige Lagenabfolge zu bestimmen, welche ...-Zn-O-(interface)- [Fe(octa)-O-Fe(tetra)-Fe(octa)-Fe(tetra)-O]-[...]-... und ...-O-Zn-(interface)-[O-Fe(octa)- O-Fe(tetra)-Fe(octa)-Fe(tetra)]-[...]-... entsprechend für die Proben mit O- und Zn- terminierten Substraten sind. Rechnungen zur Spindichte zeigen, dass im Fall von O- Terminierung die obersten Substratlagen die Spinpolarisation der Filmlagen nahe an der Grenzschicht nachahmen. Hierbei ist die erste O Lage viel stärker beeinflusst als die erste Zn Lage. Aufgrund der starken Abnahme dieses Effekts Richtung tiefere Substratlagen wird die Substratoberfläche als besonders sensitiv auf die angrenzende Spinpolarisation des Films angenommen. Damit könnte die oberste O Lage des O-terminierten Substrates den entscheidensten Faktor für effektive Spininjektion ins ZnO spielen. Die 5d Übergangsmetalloxide Ba2IrO4 (BIO) und Sr2IrO4 (SIO) hängen mit der Ruddles- den-Popper Iridatserie mit Phasentyp ”214” (RP–214) zusammen und gehören aufgrund der starken Spin-Bahn-Kopplung zu der Klasse der Mott Isolatoren. Zudem haben sie viele Gemeinsamkeiten mit den isostrukturellen Kuprat-Hochtemperatursupraleitern, wie zum Beispiel Kristallstruktur, Magnetismus und elektronische Bandstruktur. Daher ist es von großem Interesse eine potentiell supraleitende Phase in (RP–214) Iridaten zu aktivieren. In der Literatur existiert jedoch nur eine kleine Anzahl an Ver¨offentlichungen über gepulste Laserdeposition (PLD) gewachsene (RP–214) Iridate. Außerdem stammen veröffentlichte Daten von Experimenten mit winkelaufgelöster Photoelektronen- spektroskopie mit weicher Röntgenstrahlung (SX-ARPES) hauptsächlich von Messungen, welche an Einkristallen oder MBE gewachsenen Filmen aus SIO und BIO durchgeführt wurden. In dieser Arbeit wurden La-dotierte SIO Filme (La0.2Sr1.8IrO4, im Weiteren bezeichnet als LSIO) verwendet, um eine potentiell supraleitende Phase anzustreben. Ein Satz von Charakterisierungsmethoden wurde verwendet, um die Qualität der PLD gewachsenen BIO, SIO und LSIO Filme zu untersuchen. AFM Messungen demonstrieren, dass dicke PLD gewachsene (RP–214) Iridatfilme rauere Oberfl¨achen aufweisen, welche durch einen Übergang vom 2D Lagenwachstum (der durch RHEED Oszillationen bekräftigt ist) zu einem 3D Inselwachstumsmodus erklärt werden. Zusätzlich zeigen chemische Tiefenprofilmessungen mittels XPS eine Zunahme der relativen Konzentrationen von O und Ir in den obersten Filmlagen. Die mit SX-ARPES erzeugten k-Raum Abbildungen mit konstanter Energie und Energieverteilungskurven (EDCs) zeigen für jeden gewachsenen Film nur schwache Energiebanddispersionen, die im starken Gegensatz zu den Resultaten aus der Literatur stehen, welche von MBE gewachsenen Filmen und Einkristallen erhalten wurden. Die darauf folgende TEM Studie in dieser Arbeit enthüllte fehlende SrO Lagen innerhalb der gewachsenen Filme, die vor allem in den obersten Lagen auftreten und bestätigte damit die Resultate und Vermutungen aus den XPS und SX-ARPES Daten: die PLD gewachsenen Filme besitzen Defekte und streuen somit die Photoelektronen inkohärent. Dennoch zeigt der LSIO Film kleines zusätzliches spektrales Gewicht zwischen den M Hochsymmetriepunkten nahe der Fermienergie, das einem Quasipartikelzustand zugeordnet werden kann, der wiederum die Ausbildung eines Fermibogens anzeigt. Aber weder Leitfähigkeitsmessungen noch Valenzbandanalysen mittels XPS bestätigen für diesen LSIO Film die Aktivierung einer supraleitenden Phase oder das Vorhandensein von spektralem Gewicht von Quasipartikelzuständen an der Fer- mienergie. Es kann sein, dass diese entdeckten Schwierigkeiten im Wachstum für die geringe An- zahl von SX-ARPES Publikationen über PLD gewachsene (RP–214) Iridatfilme verantwortlich sind. Für weitere Untersuchungen von (RP–214) Iridatfilmen mittels SX- ARPES müssen die Rezepte für deren PLD Wachstum verbessert werden, um hochqualitative einkristalline Iridatfilme ohne Fehlstellen zu erzeugen.

Thin films and nanowires of Co-Pt have been prepared by means of electrodeposition. Composition, structure, microstructure and magnetic properties have been intensively studied using X-ray diffraction, scanning electron microscopy and vibrating sample magnetometry and correlated to the deposition parameters such as electrolyte composition, deposition current and/or potential. Co rich Co-Pt films have been deposited at various current densities. A nearly constant composition of Co70Pt30 was achieved for current densities between 18 and 32 mA/cm². Detailed texture measurements confirmed an increasing fraction of the hexagonal phase with its c-axis aligned perpendicular to the film plane with increasing current density. Accordingly, magnetic properties are strongly affected by the magnetocrystalline anisotropy of the hexagonal phase that competes with the shape anisotropy of the thin film geometry. Co-Pt nanowires have been prepared within alumina templates at different deposition potentials between -0.6 and -0.9VSCE changing the composition from nearly pure Pt to Co. The composition Co80Pt20 was observed at a deposition potential of -0.7VSCE. Co-Pt nanowires are nanocrystalline in the as-deposited state. Magnetic measurements reveal changing fcc and hcp phase fractions within the wires as the effective anisotropy significantly differs from the expected shape anisotropy for nanowires with high aspect ratio. This change in effective anisotropy is attributed to the preferential alignment of the c-axis of hcp Co-Pt phase perpendicular to the nanowires axis. A promising alternative with much smaller feature sizes is the diblock copolymer template. Electrodeposition of Co and Co-Pt into these templates has been carried out. Inhomogeneities in the template thickness as well as a certain substrate roughness have been identified to be the reasons for inhomogeneous template filling. Thus magnetic properties are dominated by large deposits found on top of the template. Additionally, rolled-up tubes of several nm thick Au/Co/Au films have been characterized magnetically. Temperature dependent measurements show an exchange bias behaviour that is explained in terms of induced stresses during cooling. Changes of magnetic properties in the investigated samples are finally discussed in terms of competing effects of different magnetic anisotropies in various geometries. / Co-Pt Dünnschichten und Nanodrähte wurden mittels elektrochemischer Abscheidung hergestellt. Zusammensetzung, Struktur, Mikrostruktur und magnetische Eigenschaften wurden intensiv mit Röntgenbeugung, Rasterelektronenmikroskopie und Magnetometrie untersucht und mit den Depositionsparametern wie Elektrolytzusammensetzung, Abscheidestrom und/oder-potential korreliert. Co reiche Co-Pt-Filme wurden mit verschiedenen Stromdichten hergestellt. Eine nahezu konstante Zusammensetzung im Bereich Co70Pt30 wurde für Stromdichten zwischen 18 und 32 mA/cm² erreicht. Detaillierte Texturmessungen bestätigen einen zunehmenden Anteil an hexagonaler Phase mit senkrecht zur Filmebene ausgerichteter c-Achse mit zunehmender Stromdichte. Dementsprechend werden die magnetischen Eigenschaften stark von der magnetokristallinen Anisotropie der hexagonalen Phase beeinflusst, die mit der Formanisotropie der Dünnschicht-Geometrie konkurriert. Co-Pt-Nanodrähte wurden in nanoporöse Aluminiumoxidmembranen bei verschiedenen Potentialen zwischen -0,6 und -0.9 VSCE abgeschieden, wobei sich die Zusammensetzung von nahezu reinem Pt zu Co verändert. Die Zusammensetzung Co80Pt20 wurde bei einem Abscheidepotential von -0.7 VSCE erhalten. Die so hergestellten Co-Pt Nanodrähte sind nanokistallin. Magnetische Messungen weisen jedoch auf veränderte Phasenanteile der fcc und hcp Phase innerhalb der Drähte hin, da die effektive Anisotropie erheblich von der für Nanodrähte mit hohem Aspektverhältnis erwarteten Formanisotropie abweicht. Diese Änderung der effektiven Anisotropie ist auf die bevorzugte Ausrichtung der hexagonalen c-Achse des Co-Pt senkrecht zur Drahtachse zurückzuführen. Vielversprechende Template mit deutlich kleineren Dimensionen sind Diblockcopolymertemplate. Es wurden Versuche zur Abscheidung von Co und Co-Pt in diese Template durchgeführt. Als Gründe für die inhomogene Templatfüllung wurden Inhomogenitäten in der Schichtdicke sowie eine gewisse Rauhigkeit der Substrate identifiziert. Aufgrund der ungleichmäßigen Fülleg werden die magnetischen Eigenschaften durch große, halbkugelförmige Abscheidunge auf der Oberfläche des Templates bestimmt. Darüber hinaus wurden aus wenige nm dicken Au/Co/Au Filmen hergestellte Mikroröhren magnetisch charakterisiert. Temperaturabhängige Messungen zeigen ein Exchange Bias Verhalten, das durch beim Abkühlen induzierte Spannungen erklärt wird. Unterschiede im magnetischen Verhalten der untersuchten Proben werden abschließend im Hinblick auf die verschiedenen konkurrierenden magnetischen Anisotropien in verschiedenen Geometrien diskutiert.

In dieser Arbeit wurden drei zentrale Themen der PVD-Sputter-Dünnschichtherstellung sowie der Herstellung von Cr-Al-C-Dünnschichten adressiert. Diese sind der Einfluss des Beschichtungsprozesses und des Substrates auf die Schichteigenschaften im abgeschiedenen Zustand, die Cr2AlC-Phasenentstehung aus Cr-Al-C-Schichten mit amorpher und metastabiler Phase und die Entwicklung und Stabilität von Eigenspannungen während thermo-zyklischer und isothermer Beanspruchung. Für die Untersuchungen zum Einfluss des Beschichtungsprozesses wurden die für das Schichtwachstum relevante thermische Energie auf der Substratoberfläche und kinetische Energie der Beschichtungsspezies in einem möglichst weiten Spektrum variiert. Dies wurde durch die Verwendung der PVD-Beschichtungsverfahren HPPMS und DCMS in Kombination mit der Variation der Kammertemperatur und der Bias-Spannung realisiert. Der Fokus für den Einfluss des Substrates wurde auf die Materialeigenschaften spezifischer Widerstand und CTE gelegt. Der spezifische Widerstand beeinflusst die Wirkung der Bias-Spannung und somit die Schichteigenschaften im abgeschiedenen Zustand, während der CTE vor allem die thermisch induzierten Eigenspannungen infolge von Aufheizung und Abkühlung bestimmt. Für die Beschichtungen in dieser Arbeit wurden die Substrate IN718, WC-Co sowie Rubalit genutzt. Für die Untersuchungen der Phasenzusammensetzung, Cr2AlC-Phasenentstehung und Eigenspannungsentwicklung wurden in-situ und ex-situ Synchrotron- und Labor-XRD-Experimente genutzt. Diese Experimente wurden durch die Methoden der Elektronenmikroskopie und energiedispersiven Röntgenspektroskopie für die Betrachtung der Mikrostruktur und Elementanalyse ergänzt. Die Cr-Al-C-Schichten bestanden im abgeschiedenen Zustand aus einer amorphen Phase und kristallinem, metastabilem (Cr,Al)2C. Das Verhältnis dieser beiden Phasen wurde deutlich durch den Beschichtungsprozess bestimmt. Für die DCMS-Schichten mit geringer Bias-Spannung wurde qualitativ der höchste Gehalt an (Cr,Al)2C festgestellt, während die HPPMS-Schichten mit der höchsten Bias-Spannung den geringsten Gehalt an (Cr,Al)2C zeigten. Es konnte festgestellt werden, dass sowohl eine Erhöhung der Kammertemperatur von 600 °C auf 700 °C als auch die Reduktion der Bias-Spannung von −100 V auf −70 V zu einer Erhöhung des kristallin zu amorph Verhältnisses führte. Die Mikrostruktur der kristallinen Bereiche der Schichten auf IN718 und WC-Co reichte von gröberen, kolumnaren Körnern mit ausgeprägten Korngrenzen für die DCMS-Schichten bis zu einer fein-kolumnaren Mikrostruktur für die HPPMS-Schichten. Die in-situ Synchrotron Untersuchungen ermöglichten die Aufklärung der Cr2AlC-Phasenentstehung durch eine sehr hohe Zeit- und Temperaturauflösung. Die Ergebnisse bestätigten die folgenden Umwandlungsschritte für die Bildung von Cr2AlC aus der amorphen Phase und (Cr,Al)2C. - Amorphes Cr-Al-C und (Cr,Al)2C zu dis.-Cr2AlC - dis.-Cr2AlC zu Cr2AlC Die Erkenntnisse führen zudem zu einer neuen Definition der Cr2AlC-Phasenentstehung. Darüber hinaus können auf Basis der Ergebnisse aus den in-situ Synchrotron und Labor-XRD Experimenten folgende weitere Erkenntnisse formuliert werden: - Cr2AlC weist mindestens zwei metastabile Phasen auf – (Cr,Al)2C und dis.-Cr2AlC. - (Cr,Al)2C ist eine metastabile Phase, die während der Beschichtung entstehen kann. - dis.-Cr2AlC ist die Phase, die den Übergangszustand der Cr2AlC-Phasenentstehung aus einer amorphen Phase oder (Cr,Al)2C infolge einer nachträglichen Wärmebehandlung charakterisiert. - Der Übergangszustand während der Cr2AlC-Phasenentstehung ist durch einen Ordnungsprozess der Atome in der dis.-Cr2AlC-Elementarzelle mit steigender Temperatur und/oder Zeit bestimmt. - Die Bildung von Cr2AlC aus der amorphen Phase oder (Cr,Al)2C wird durch Diffusionsprozesse kontrolliert. Für die Bildungstemperaturen der Cr2AlC-Phasenumwandlung mit konstanter Aufheizrate von 30 K/min wurde eine Abhängigkeit vom Beschichtungsprozess festgestellt, wobei für den DCMS-Prozess die geringsten Bildungstemperaturen für dis.-Cr2AlC und Cr2AlC bestimmt wurden. Die Unterschiede sind vermutlich auf die Temperatur- und Zeitabhängigkeit der ablaufenden Diffusionsprozesse für die Bildung der Phasen zurückzuführen. Die Cr-Al-C-Schichten bestanden nach abgeschlossener Cr2AlC-Phasenentstehung primär aus Cr2AlC mit Cr7C3-Anteilen, die von der Elementzusammensetzung der Schichten im abgeschiedenen Zustand bestimmt wurden. So zeigten die HPPMS-Schichten und ehemaligen amorphen Bereiche erhöhte Cr7C3-Gehalte. Die Analyse der Eigenspannungen in den Cr-Al-C-Schichten im abgeschiedenen Zustand offenbarte eine deutliche Steigerung der lateralen intrinsischen Druckeigenspannungen für die HPPMS-Schichten im Vergleich zu den DCMS-Schichten. Diese ist das Resultat des erhöhten Ionenbombardements der wachsenden Schicht. Die Untersuchungen zum Eigenspannungszustand in den abgeschiedenen Cr-Al-C-Schichten führten darüber hinaus zu folgenden Erkenntnissen: - Es konnten keine Eigenspannungen in den kristallinen (Cr,Al)2C-Bereichen nachgewiesen werden. - Die amorphe Phase wirkt als Puffer für Eigenspannungen. - Hohe laterale intrinsische Druckeigenspannungen reduzieren die entstehenden lateralen thermischen Zugeigenspannungen für Schichten auf WC-Co und steigern die lateralen thermischen Druckeigenspannungen für Schichten auf IN718 während der Abkühlung von der Beschichtungstemperatur. - Die intrinsischen Eigenspannungen wirken nahezu planar, während thermisch induzierte Eigenspannungen zu triaxialen Spannungszuständen führen. Für Temperaturen von 700 °C und Haltezeiten von 2 h sowie für höhere Temperaturen wurde die Relaxation der intrinsischen Eigenspannungen festgestellt. Die Entwicklung der thermischen Eigenspannungen in den Cr-Al-C-Schichten wurde für drei aufeinanderfolgende Temperaturzyklen zwischen 100 °C und 900 °C untersucht. Aufgrund dessen, dass die intrinsischen Eigenspannungen bereits während der ersten Aufheizung auf 900 °C relaxierten, wurde der Eigenspannungszustand ausschließlich durch reversible thermische Eigenspannungen infolge der CTE-Unterschiede zwischen den Cr-Al-C-Schichten und den Substraten bestimmt. Für die Schichten auf IN718 konnte während der Abkühlung die Entstehung von lateralen Druckeigenspannungen, die mit vertikalen Zugeigenspannungen verbunden waren, festgestellt werden. Die Schichten auf WC-Co zeigten bei einer Abkühlung hingegen laterale Zugeigenspannungen, die mit vertikalen Druckeigenspannungen verbunden waren. Zudem konnte qualitativ der reversible Charakter der Eigenspannungen nachgewiesen werden, da der Eigenspannungsaufbau und -abbau für alle drei untersuchten Zyklen nahezu identisch verlief. Abschließend wurden die Schicht-Substrat-Kombinationen hinsichtlich möglicher Schädigungsmechanismen untersucht. Es zeigte sich, dass hohe laterale thermische Zugeigenspannungen in den Cr-Al-C-Schichten auf WC-Co zur Rissbildung in der Schicht führen. Im Falle des IN718-Substrates konnte eine Degradation der Schichten infolge von Interdiffusion festgestellt werden, da die verwendete TiAlN Interdiffusionsbarriere infolge von hohen intrinsischen Zugeigenspannungen versagte.:1 Einleitung 1 2 Stand der Forschung 5 2.1 Cr2AlC-MAX-Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.1 Cr2AlC – Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.1.2 Cr2AlC – Herstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1.3 Cr2AlC – metastabile Phasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.2 Schichtherstellung mittels Magnetronsputtern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.1 Magnetronsputtern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2.2 Vergleich von Direct Current Magnetron Sputtering und High Power Pulsed Magnetron Sputtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.2.3 Vergleichbarkeit von Beschichtungsprozessen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.2.4 Einfluss des Beschichtungsverfahrens und der Beschichtungsparameter auf die Phasenentstehung von Cr-Al-C-Schichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3 Eigenspannungen in Dünnschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3.1 Entstehung von Eigenspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.3.2 Relaxation von Eigenspannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.4 Röntgenographische Eigenspannungsbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3 Experimentelles Vorgehen 23 3.1 Schichtherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2 Schichtcharakterisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.1 Elektronenmikroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.2 In-situ und ex-situ Röntgendiffraktometrieanalyse . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.2.1 Ex-situ Synchrotron-Röntgendiffraktometrie . . . . . . . . . . . . . 26 3.2.2.2 In-situ Hochtemperatur-Röntgendiffraktometrie . . . . . . . . . . . 27 3.2.3 Wärmebehandlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4 Ergebnisse und Diskussion 31 4.1 Cr-Al-C-Schichten im abgeschiedenen Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.1.1 Mikrostruktur und Elementzusammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.1.2 Phasenzusammensetzung, Textur und Bestimmung der Gitterparameter von (Cr,Al)2C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.1.2.1 Phasenzusammensetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 IInhaltsverzeichnis 4.1.2.2 (Cr,Al)2C-Textur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 4.1.2.3 Bestimmung der Gitterparameter von (Cr,Al)2C . . . . . . . . . . . 40 4.1.3 Einordnung der Phasenzusammensetzung der abgeschiedenen Cr-Al-C-Schichten in den aktuellen Literaturstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.2 Cr2AlC-Phasenentstehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 4.2.1 In-situ Untersuchungen zur Cr2AlC-Phasenentstehung in Cr-Al-C-Schichten 44 4.2.2 Einfluss der Unordnung der Cr2AlC-Elementarzelle auf die Röntgenbeugung 53 4.2.3 Einordnung der Phasenumwandlungstemperaturen in den aktuellen Literaturstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2.4 Textur und Texturvererbung während der Cr2AlC-Phasenentstehung . . . . . 60 4.2.5 Einfluss der Beschichtungsparameter auf die Phasenzusammensetzung nach erfolgter Cr2AlC-Bildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.3 Eigenspannungen in Cr-Al-C-Dünnschichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.3.1 Eigenspannungen im abgeschiedenen Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 4.3.2 Eigenspannungsentwicklung und -stabilität während thermischer Belastung . 71 4.3.3 Schichtversagen infolge thermisch induzierter Eigenspannungen . . . . . . . 77 5 Zusammenfassung 81 Literaturverzeichnis 85 Abkürzungs- und Symbolverzeichnis 97 A 𝑄-Azimut Heat Maps von Einzelmessungen der Synchrotron Experimente 101

Die Anpassung der Bandlücke und die Herstellung mittels lösungsbasierter Prozesse charakterisieren Metallhalogenid-Perowskite. Sie sind vielversprechend für die Anwendung in optoelektronischen Bauteilen, die die Abscheidung von hochwertigen Dünnschichten erfordern. Deren Qualität hängt stark vom Kristallisationsverhalten ab, welches durch die Komposition der Lösung bestimmt ist. Ziel dieser Arbeit ist es, Korrelationen im Präkursor-Prozess-Eigenschaftsraum von Metallhalogenid-Perowskit zu bewerten und Formierungsprozesse zu rationalisieren. Phasenreinheit, Morphologie und Absorptionseigenschaften zeichnen die Qualität der Perowskit-Dünnschichten aus. Die Optimierung der Herstellung von hochwertigen Filmen über einen breiten Bandlückenbereich wird zuerst beleuchtet. Die Rationalisierung der Formierungsprozesse erweist sich als fundamental, um reproduzierbare Präparationsroutinen für hochwertige Filme zu entwickeln. Anschließend wird ein optischer in-situ Aufbau zur Rationalisierung von Formierungsprozessen vorgestellt. Abhängig vom Halogenidverhältnis in der MAPb(IxBr1-x)3-Reihe werden verschiedene Formierungswege eingeschlagen. Während sich das reine Bromid direkt und Iodid reiche Perowskite über die intermediäre Solvatphase (MA)2(DMSO)2Pb3I8 bilden, bilden sich gemischte Halogenide zwischen 0.1 ≤ x ≤ 0.6 über beide Wege. Die Formierung über konkurrierende Wege erklärt die kompositorische Heterogenität der gemischten Halogenidproben. Zuletzt werden Formierungsprozesse von Bromid-Perowskiten rationalisiert und Abhängigkeiten der Kinetik von der Lösungskonzentration zeigen sich. Niedrige Konzentrationen führen zu einer beschleunigten Kristallisation und Schichtdickenabnahme des Nassfilms. Dieser Trend wird durch geringere Kolloidwechselwirkungen und niedriger koordinierte Blei-Bromid-Komplexe in verdünnten Lösungen erklärt. Die Korrelation im Präkursor-Prozess-Eigenschaftsraum hebt die Herstellung von Perowskiten aus chemischer Sicht zu einem nicht-trivialen Prozess. / Bandgap tunability by ion substitution and the fabrication due to solution-based processes characterize metal halide perovskites. They are promising for application in various thin-film opto-electronic devices, which require the deposition of high-quality thin-films. The quality strongly depends on the crystallization behavior predetermined by the precursors in solution. This thesis aims to evaluate correlations in the vast precursor-process-property space of metal halide perovskite and rationalizes formation processes. Phase purity, morphology, and absorption properties determine the perovskite thin-film quality. The first part focuses on optimizing the perovskite fabrication to obtain high-quality films over a wide bandgap range. From high-quality films, the exciton binding energy is determined. The rationalization of formation processes proves essential to design reproducible preparation routines for high-quality films. The second part presents an optical in-situ setup to rationalize perovskite formation processes. Different formation pathways are taken, depending on the halide ratio in the MAPb(IxBr1-x)3 series. While the pure bromide forms directly and iodide-rich perovskites form via the intermediate solvate phase (MA)2(DMSO)2Pb3I8, mixed halides between 0.1 ≤ x ≤ 0.6 form via both. Such a heterogeneous formation process via two competing pathways rationalizes the compositional heterogeneity of mixed halide samples. The third part focuses on rationalizing the formation process of pure bromide perovskites and reveals a dependency of the formation kinetics on the solution concentration. Lower concentrations lead to accelerated crystallization kinetics and increase wet-film thinning. Lower colloid interaction and lower coordinated lead-bromide complexes in diluted solutions explain this trend. The strong correlation in the precursor-process-property space raises the preparation of perovskites via spin-coating to a non-trivial process from a chemical point of view.

In der vorliegenden Arbeit wurden das Wachstum und die Oberflächenstruktur von definier-ten V2O3-, V2O5- und MoO3-Filmen auf Au(111) sowie deren Einsatz als Modellsysteme zur Untersuchung von Elementarreaktionen auf Vanadiumoxid- und Molybdänoxid-basierten selektiven Oxidationskatalysatoren untersucht. Im Falle von V2O3(0001) befindet sich an der Oberfläche der Filme eine Lage von Vanadylgruppen, welche kein Bestandteil der Kristall-struktur sind. Die O Atome der Vanadylgruppen können durch Elektronenbeschuss definiert entfernt werden, wodurch eine partiell oder vollständig V-terminierte Oberfläche erzeugt werden kann. Der Grad der Oberflächenreduktion wird durch die Elektronendosis festgelegt. Dieses ermöglicht eine Untersuchung des Einflusses der Vanadylgruppen und der unterkoor-dinierten V-Ionen auf die Reaktivität der Modellkatalysatoren. Die Präparation von defektar-men V2O5(001)- und MoO3(010)-Filmen ist erstmals in der vorliegenden Arbeit dokumen-tiert. Diese Filme wurden mittels Oxidation in einer Hochdruckzelle bei einem Sauerstoffdruck von 50 mbar hergestellt. Anders als in vielen Publikationen berichtet sind diese hochkristallinen Schichten unter UHV-Bedingungen weitgehend reduktionsbeständig. Oberflächenverunreinigungen und Defekte scheinen aber einen großen Einfluss auf die Redu-zierbarkeit zu haben. Die von den Strukturen der regulären Oxide abweichenden Strukturen der Koinzidenzgitter von V2O5- und MoO3-Monolagen werden durch die Wechselwirkung mit der Au(111)-Unterlage stabilisiert, was vermutlich durch die einfache Verschiebbarkeit von Koordinationseinheiten in V und Mo-Oxiden erleichtert wird. Für beide Oxide beginnt das Wachstum regulärer Oxidstrukturen erst nach Vollendung der zweiten Lage. Die für geträgerte V2O5-Katalysatoren häufig vorgebrachte Annahme, dass V2O5-Kristallkeimbildung direkt auf einer Monolage stattfindet, sollte somit mit Vorsicht betrachtet werden. / The growth and the surface structure of well-ordered V2O3, V2O5 and MoO3 thin films have been investigated in this work. These films are seen as model systems for the study of ele-mentary reaction steps occurring on vanadia and molybdena-based selective oxidation cata-lysts. It is shown that well-ordered V2O3(0001) thin films can be prepared on Au(111). The films are terminated by vanadyl groups which are not part of the V2O3 bulk structure. Elec-tron irradiation specifically removes the oxygen atoms of the vanadyl groups, resulting in a V-terminated surface. The fraction of removed vanadyl groups is controlled by the electron dose. Such surfaces constitute interesting models to probe the relative role of both the vanadyl groups and the undercoordinated V ions at the surface of vanadia catalysts. The growth of well-ordered V2O5(001) and MoO3(010) thin films containing few point defects is reported here for the first time. These films were grown on Au(111) by oxidation under 50 mbar O2 in a dedicated high pressure cell. Contrary to some of the results found in the literature, the films are not easily reduced by annealing in UHV. This evidences the contribution of radiation and surface contamination in some of the reported thermal reduction experiments. The growth of ultrathin V2O5 and MoO3 layers on Au(111) results in formation of interface-specific monolayer structures. These layers are coincidence lattices and they do not correspond to any known oxide bulk structure. They are assumed to be stabilized by electronic interaction with Au(111). Their formation illustrates the polymorphic character and the ease of coordination units rearrangement which are characteristic of both oxides. The formation of a second layer apparently precedes the growth of bulk-like crystallites for both oxides. This observation is at odds with a common assumption that crystals nucleate as soon as a monolayer is formed dur-ing the preparation of supported vanadia catalysts.

Die Bedeutung von keramischen Materialien mit funktionalen Eigenschaften ist über die letzten Jahrzehnte kontinuierlich gestiegen. Ein besonderes Interesse liegt dabei in der elektronischen Speicherung von Informationen. Die Realisierung war jedoch lange Zeit problematisch, da die erforderlichen Feldstärken, die notwendig sind, um die Polarisation zu schalten, für Massivmaterialien zu hoch sind. Heutzutage ist dies dank moderner Dünnschichttechnologien kein Problem mehr, so dass nichtflüchtige ferroelektrische Datenspeicher kommerziell verfügbar sind. Aufgrund der ausgezeichneten dielektrischen und elektromechanischen Eigenschaften von ferroelektrischen Materialien werden diese auch für Anwendungen in Aktuatoren, Kondensatoren oder mikro-elektro-mechanischen Systemen verwendet. Neben den klassischen Ferroelektrika wie Pb(Zr,Ti)O3 spielen dabei vor allem Relaxor-Ferroelektrika wie Pb(Mg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 (PMN-PT) eine entscheidende Rolle. Eine weitere sehr interessante funktionale Eigenschaft von ferroelektrischen Materialien, die besonders in den letzten zehn Jahren das Forschungsinteresse geweckt hat, ist der elektrokalorische Effekt (electro caloric effect, ECE). Besonders hohe ECE konnten in der Vergangenheit mit Blei-basierenden Materialien, wie beispielsweise PMN-PT, erzielt werden. Um den Einfluss der Struktur auf die funktionalen Eigenschaften zu untersuchen ist es vorteilhaft, mit texturierten Schichten zu arbeiten. Als Materialsystem wurde in dieser Arbeit PMN-PT verwendet, da dieses besonders gute ferroelektrische und elektrokalorischen Eigenschaften zeigt und es aufgrund der vielfältigen veröffentlichten Untersuchungen als Modellsystem genutzt werden kann. Als geeignete Herstellungsmethode von Dünnschichten komplexer Oxide hat sich die gepulste Laserabscheidung herausgestellt, die auch in dieser Arbeit genutzt wurde. Die Schwerpunkte der strukturellen Untersuchungen beschäftigen sich mit der Stabilisierung der Perowskit-Phase des PMN-PT, der detaillierten Aufklärung des Gefüges sowie der Realisierung von Schichten mit unterschiedlicher Orientierung und auf verschiedenen Substratmaterialien. Hinsichtlich der funktionalen Eigenschaften wird auf den Einfluss der Pyrochlor-Phase auf die Ferroelektrizität, die Anisotropie der ferroelektrischen und elektrokalorischen Eigenschaften sowie auf eine Möglichkeit der direkten Messung der elektrokalorischen Temperaturänderung von PMN-PT Dünnschichten eingegangen.

Im Bereich opto-elektronischer Sensortechnik ist ein eindeutiger Trend hin zu immer kleineren Bauelementen und immer spezifischeren Messanwendungen zu erkennen. Plasmonische Materialien auf der Basis von Nanostrukturen bieten sich hierbei hervorragend für dieses Aufgabenfeld an. Deren optische Absorbanzpeaks lassen sich über die geometrischen Parameter der Nanostrukturen einfach und präzise steuern und reagieren äußerst empfindlich auf Brechungsindexänderungen im Umgebungsmedium. Die Herstellung von aufrecht stehenden, teppichartig angeordneten Nanorods auf Basis von anodisierten Aluminiumoxidmatrizen bietet als skalierbares Bottom-up-Verfahren eine einzigartige Kombination aus Prozessgeschwindigkeit, Steuerbarkeit und Kosteneffizienz. In der vorliegenden Dissertation wurde untersucht, wie sich verschiedene Sputterparameter während der Herstellung von Aluminiumdünnschichten auf deren Anodisierungseigenschaften, sowie die anschließende Porenbefüllung und die plasmonischen Eigenschaften des so erzeugten Materials auswirken. Hierzu wurde reines Aluminium bei verschiedenen Sputterleistungen und -raten abgeschieden und hinsichtlich seiner Oberflächenkonfiguration und Prozessierbarkeit im bereits etablierten Nanorodproduktionsverfahren untersucht. Gleichwohl fanden Versuche statt, Aluminiumschichten mit einer schwachen Siliziumlegierung sowie durch reaktives Sputtern mit Sauerstoff voroxidiertes Aluminium zu anodisieren und für die Nanorodherstellung zu nutzen. Als typisches Ergebnis dieser Versuche zeigt sich eine deutliche Verbesserung des Anodisierungs- und Abscheideverhaltens, wenn die Sputterparameter so gewählt werden, dass eine möglichst feinkristalline Schicht abgeschieden wird. Während die Variation der Sputterleistung nur in einer mäßigen Verbesserung und die Siliziumlegierung sogar in einer Verschlechterung der optischen Eigenschaften resultieren, zeigt sich die Sauerstoffzugabe als äußerst vorteilhaft für den Herstellungsprozess sowie die plasmonischen Eigenschaften der fertigen Strukturen. Hierbei weisen Aluminiumschichten mit einem Sauerstoffanteil von 10 22 at.% die gleichmäßigste Anodisierung sowie die schmalsten Plasmonenresonanzpeaks auf, bei gleichzeitig hoher Reproduzierbarkeit. Für derartige Proben konnte eine annähernd vollständige Porenbefüllung erreicht werden. Weiterhin ist die Breite der Plasmonenresonanz hier vergleichbar mit der eines simulierten, defektfreien Nanorodarrays mit perfekt hexagonaler Nanorodanordnung, sodass von einer deutlichen Optimierung gesprochen werden kann, welche nun weitere Untersuchungen an diesem System oder sogar eine großtechnische Produktion ermöglicht Letztendlich offenbart eine quantitative Analyse der Strom-Zeit-Kurve der Anodisierung, dass diese in Form und Ausprägung mit der Güte der plasmonischen Eigenschaften der so produzierten Strukturen korreliert. Somit bietet sich diese als schnelles und günstiges Verfahren zur Qualitätskontrolle in einem sehr frühen Prozessstadium an. / Optical sensing witnesses an increasing trend towards smaller components and more specific applications. Nanostructure-based materials excellently fulfil these kinds of task. Their optical absorbance peaks are easily and precisely controllable by changing the structures‘ geometrical parameters, and have shown to be highly sensitive to refractive index changes of the surrounding medium. The fabrication of free-standing arrays of metallic nanorods based on anodised aluminium oxide matrices as a scalable bottom-up process offers a unique combination of throughput in production, process control and cost efficiency. The scope of the present dissertation thesis is the exploration of different sputtering parameters and techniques for the fabrication of aluminium thin-films, their influence on the anodisation properties as well as subsequent pore filling, and of course the optical properties of the final plasmonic structure. For this, pure aluminium was deposited at different sputtering powers and rates, and was investigated regarding its surface configuration as well as its usability within the well-established nanorod fabrication process. Similarly, attempts were made to anodise aluminium alloyed with small quantities of silicon as well as substoichiometric aluminium oxide, which was prepared by reactive sputtering under partial oxygen pressure. As a typical result of these studies, it was found that a considerable improvement of anodisation and electroplating behaviour could be achieved, provided the sputtering conditions were chosen such that the deposited films\' crystal size becomes as small as possible. While the variation of the sputtering power lead only to a marginal improvement and the silicon admixture even deteriorated the sample quality, the use of partially oxidised aluminium layers proved to be highly advantageous for the fabrication process as well as the plasmonic properties of the final structures. The optimal oxygen content was found to be 10 22 at.%, with these samples showing the most regular anodisation behaviour, the smallest absorbance peak width, and at the same time a high reproducibility. Furthermore, the peak width of these samples is comparable to that of simulated, defect-free nanorod arrays in a perfect hexagonal arrangement. These fabrication parameters can therefore be viewed as highly optimised and well-suited for further investigations of this material or even a large-scale production process. Finally, a quantitative analysis of the current-time-curve of an anodisation process reveals a correlation between its characteristics and the samples’ plasmonic qualities. Hence, the analysis of this curve may be used as a fast and cheap method of quality control at the early stages of the fabrication process.

Triebwerkskomponenten in Luft- und Raumfahrtfahrzeugen unterliegen im Einsatz erosivem Verschleiß. Feine Stäube und Partikel wie Sand, Vulkanasche und Eiskristalle führen bei einer Wechselwirkung mit den Triebwerksschaufeln zum Materialabtrag. Auswirkungen reichen von einer erhöhten Oberflächenrauheit der Schaufel bis hin zu einer Veränderung der Bauteilgeometrie. Im Bereich des Verdichters treffen z. B. angesaugte Partikel senkrecht auf die Schaufelvorderkanten auf, wodurch sich die Profilsehnen verkürzen. Im Bereich der Schaufelhinterkanten erfolgt aufgrund des flachen Auftreffwinkels des Abrasivmittels ein flächiger Materialabtrag, der die Schaufeldicke reduziert. Durch eine Beschichtung von Bauteiloberflächen eröffnet sich eine Möglichkeit, Triebwerksschaufeln effektiv vor Partikelerosion zu schützen. Im Vordergrund der Entwicklung von Erosionsschutzschichten steht ihre verschleißreduzierende Wirkung, die durch das bestmögliche Verhältnis von Schichtzähigkeit und –härte zum Grundwerkstoff erreicht wird. Diese Arbeit liefert Untersuchungen zu Wechselwirkungen zwischen Beschichtungen und Grundwerkstoff als Gesamtsystem und den daraus resultierenden Einfluss auf das Partikelerosionsverhalten des Bauteils. Ziel der Untersuchungen ist es, eine bestmögliche Auswahl qualifizierter Schichtsysteme für den Erosionsschutz zu gewährleisten. Dafür wurden verschiedene Kombinationen aus PVD-Beschichtungen (konventionelle Hartstoffschichten, Cr2AlC MAX-Phase, DLC ta-C) und Grundwerkstoffen (Inconel 718 lösungsgeglüht, Inconel 718 ausscheidungsgehärtet, WC-Co) hinsichtlich ihres Partikelerosionsverhaltens getestet und ihre Schichtverbundeigenschaften charakterisiert, um relevante Einflussgrößen auf die Partikelerosion zu eruieren. Die dabei ablaufenden verschiedenen Erosionsmechanismen wurden analysiert und in grundlegende Modelle überführt. Abgerundet wurden diese experimentellen Untersuchungen mit theoretischen Betrachtungen zum mechanischen Verhalten unterschiedlicher Kombinationen von Beschichtung und Grundwerkstoff bei Partikelimpakt. Die vorliegende Arbeit leistet einen essentiellen Beitrag zum besseren Verständnis des Einflusses von Schicht-Grundwerkstoff-Verbundeigenschaften auf das Partikelerosionsverhalten. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass das Deformationsverhalten des Substrats einen erheblichen Einfluss auf das Erosionsverhalten des Schicht-Grundwerkstoff-Systems hat. Im Falle eines duktilen Substrats ist eine entsprechend gute Schichthaftung von wesentlicher Bedeutung. Die Erosionsversuche auf hartem WCCo Grundwerkstoff zeigen, dass bei Vorhandensein identischer mechanischer Eigenschaften von Substrat und Beschichtung die Schichthaftung nicht in dem Maße erforderlich ist, wie bei plastisch verformbaren Grundwerkstoffen. Erstmalig wird in dieser Arbeit das schadenstolerante Erosionsverhalten der superharten DLC ta-C-Beschichtung auf duktilem Inconel 718 aufgezeigt. Der hohe elastische Verformungsanteil der DLC-Beschichtung in Kombination mit einer guten Schichthaftung resultiert in einem hohen Erosionswiderstand des Schicht-Grundwerkstoff-Verbunds, wobei im Versuch keine plastische Verformung des Grundwerkstoffs nachgewiesen wird.

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Einflusses epitaktischer Verspannung auf die Eigenschaften von dünnen Schichten eisenbasierter Supraleiter. Dafür wurden erstmalig epitaktische Schichten des Materials Ba(Fe1−xNix)2As2 mit unterschiedlichem Nickelgehalt mithilfe der gepulsten Laserdeposition hergestellt und ihre strukturellen und elektrischen Transporteigenschaften charakterisiert. Die Ergebnisse wurden mit Massivproben, sowie mit Dünnschichten des verwandten Systems Ba(Fe1−xCox)2As2 verglichen. Dabei wurde ein maximales Tc von 21,6K gemessen, was die entsprechenden Werte für Massivproben dieses Materials übersteigt. Je nach verwendetem Substrat führt die induzierte stauchende oder dehnende mechanische Verspannung zu einer Verschiebung des elektronischen Phasendiagrammes. Die Wechselwirkung mit magnetischen Fluktuationen nahe des antiferromagnetischen Phasenübergangs führt zudem in Dünnschichten zu einer starken Erhöhung des Anstieges des oberen kritischen Magnetfeldes nahe der Sprungtemperatur. Untersuchungen des magnetischen Phasendiagrammes in hohen Magnetfeldern zeigen für Ba(Fe1−xNix)2As2 ein ähnliches Verhalten wie im Co-dotierten System. Die Messungen ergaben bei niedrigen Temperaturen eine geringe Anisotropie des oberen kritischen Feldes, während die Anisotropie des Irreversibilitätsfeldes aufgrund der vorherrschenden Defektstruktur erhöht ist. Des Weiteren wurden epitaktische Dünnschichten des Supraleiters FeSe1−xTex erstmalig auf dem Halbleitersubstrat GaAs abgeschieden. Dabei wurden Sprungtemperaturen von bis zu 17,4K erreicht. Das Wachstum auf speziellen mehrlagigen GaAs-Architekturen ermöglichte zudem die Realisierung dreidimensionaler Mikroobjekte, bei denen sich die Dünnschicht aufgrund von Relaxation epitaktischer Verspannung des Substrates zu Helices aufrollt. Mechanische Defekte führten jedoch dazu, dass keine supraleitenden Eigenschaften gemessen werden konnten. In diesem Fall ist eine weitere Optimierung der Mikrostrukturierungsprozesse notwendig. / In this work, we studied the influence of epitaxial strain on the properties of iron based superconducting thin films grown by pulsed laser deposition. Epitaxial films of Ba(Fe1-xNix)2As2 have been realised for the first time using different nickel doping contents. Afterwards their structural and superconducting properties have been characterised. The results were compared to bulk samples as well as to thin films of the related compound Ba(Fe1-xCox)2As2. A maximum Tc of 21,6 K was measured, which exeeds the highest reported values of bulk samples. Depending on the used substrate, the phase diagram is shifted due to the induced tensile or compressive strain in the films. Compared to bulk samples, the slope of the upper critical field is strongly enhanced near the critical temperature due to antiferromagnetic fluctuations. The magnetic phase diagram measured in high fields shows simularities with the isostructural Co-doped system. The measurements reveal a small anisotropy of the upper critical field for low temperatures, while the anisotropy of the irreversibility field is increased due to the defect structure in the film. Furthermore, epitaxial thin FeSe1-xTex films have been deposited on GaAs as a new substrate material for iron based superconducting thin films achieving a critical temperature of up to 17,4 K. The self-organised formation of threedimensional micro helices by strain relaxation was realised by the preparation of epitaxial films on customized GaAs-based multilayer achitectures. However, mechanical defects prevented the superconducting characterisation. Therefore, a further improvement of the involved processes for microstructuring is necessary.

Die Bedeutung von keramischen Materialien mit funktionalen Eigenschaften ist über die letzten Jahrzehnte kontinuierlich gestiegen. Ein besonderes Interesse liegt dabei in der elektronischen Speicherung von Informationen. Die Realisierung war jedoch lange Zeit problematisch, da die erforderlichen Feldstärken, die notwendig sind, um die Polarisation zu schalten, für Massivmaterialien zu hoch sind. Heutzutage ist dies dank moderner Dünnschichttechnologien kein Problem mehr, so dass nichtflüchtige ferroelektrische Datenspeicher kommerziell verfügbar sind. Aufgrund der ausgezeichneten dielektrischen und elektromechanischen Eigenschaften von ferroelektrischen Materialien werden diese auch für Anwendungen in Aktuatoren, Kondensatoren oder mikro-elektro-mechanischen Systemen verwendet. Neben den klassischen Ferroelektrika wie Pb(Zr,Ti)O3 spielen dabei vor allem Relaxor-Ferroelektrika wie Pb(Mg1/3Nb2/3O3-PbTiO3 (PMN-PT) eine entscheidende Rolle. Eine weitere sehr interessante funktionale Eigenschaft von ferroelektrischen Materialien, die besonders in den letzten zehn Jahren das Forschungsinteresse geweckt hat, ist der elektrokalorische Effekt (electro caloric effect, ECE). Besonders hohe ECE konnten in der Vergangenheit mit Blei-basierenden Materialien, wie beispielsweise PMN-PT, erzielt werden. Um den Einfluss der Struktur auf die funktionalen Eigenschaften zu untersuchen ist es vorteilhaft, mit texturierten Schichten zu arbeiten. Als Materialsystem wurde in dieser Arbeit PMN-PT verwendet, da dieses besonders gute ferroelektrische und elektrokalorischen Eigenschaften zeigt und es aufgrund der vielfältigen veröffentlichten Untersuchungen als Modellsystem genutzt werden kann. Als geeignete Herstellungsmethode von Dünnschichten komplexer Oxide hat sich die gepulste Laserabscheidung herausgestellt, die auch in dieser Arbeit genutzt wurde. Die Schwerpunkte der strukturellen Untersuchungen beschäftigen sich mit der Stabilisierung der Perowskit-Phase des PMN-PT, der detaillierten Aufklärung des Gefüges sowie der Realisierung von Schichten mit unterschiedlicher Orientierung und auf verschiedenen Substratmaterialien. Hinsichtlich der funktionalen Eigenschaften wird auf den Einfluss der Pyrochlor-Phase auf die Ferroelektrizität, die Anisotropie der ferroelektrischen und elektrokalorischen Eigenschaften sowie auf eine Möglichkeit der direkten Messung der elektrokalorischen Temperaturänderung von PMN-PT Dünnschichten eingegangen.