Perovskit-Oxide weisen eine große Bandbreite an physikalischen Eigenschaften bei gleichzeitig hoher struktureller Qualität in kleinsten Dimensionen auf. Die dramatischen Veränderungen ihrer Eigenschaften bei nur geringer Variation der stöchiometrischen Zusammensetzung sind sowohl für ein tieferes physikalisches Verständnis als auch für mögliche Anwendungsperspektiven interessant.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Ladungsübertragung an Grenz-
flächen, Anisotropiemodifikation durch Verspannung und Oberflächeneffekte sowie magnetische und strukturelle Kopplung untersucht. Aufgrund ihrer kontrastierenden Eigenschaften im Hinblick auf Ferromagnetismus und Ladungstransport wurden dotiertes Lanthanmanganat und Strontiumruthenat (SRO) für die Untersuchungen ausgewählt. Durch ihre hervorragenden Wachstumseigenschaften mit fehlerlosen Grenzflächen auf atomarer Ebene erlauben sie als Modellsystem die Untersuchung elektronischer, magnetischer und struktureller Kopplung in Perovskit-Oxiden – mit folgenden Ergebnissen:
Durch Ladungsübertragung an Grenzflächen wird Ferromagnetismus in Schichten
von weniger als vier Einheitszellen in Manganaten stabilisiert.
Die mikroskopische Struktur der Systeme kann aus der Analyse der durch die
Anisotropie bedingten Symmetrie der winkelabhängigen Magnetotransport-
messungen erschlossen werden.
Bei abnehmender Schichtdicke verringert sich die intrinsische orthorhombische Symmetrie in SRO zugunsten einer tetragonalen aufgrund der Symmetriebrechung an der Grenzfläche. Die Untersuchungen des anormalen Hall Effekts unterstreichen seine Tensor-Natur und zeigen eine Abhängigkeit des Vorzeichens sowohl von der magnetischen Anisotropie als auch der mikroskopischen Schichtqualität.
Die Beobachtung einer Anisotropie oberhalb der Übergangstemperatur von SRO in Manganatschichten einer Dicke von zwei bis sechs Einheitszellen weist auf eine strukturelle Kopplung über die Sauerstoffoktaederrotationen hin.
Die komplexe Wechselwirkung zwischen antiferromagnetischer Kopplung und schichtdickenabhängiger Anisotropie und dem magnetischen Moment werden in einem 2-Schichten-Modell beschrieben.
Übergitter mit Einzelschichten von weniger als drei Einheitszellen lassen sich nicht mehr mit individuellen Einzelschichten beschreiben sondern stellen einen künstlichen Ferrimagneten dar. / Perovskite oxides show a range of physical properties in combination with high structural quality in small dimensions. The dramatic change of their properties upon small variation in stoichiometry or external influences as pressure/strain are interesting for both a deeper understanding of fundamental condensed matter physics as well as electronic applications.
In the present thesis the influence of charge transfer at interfaces, modification of the magnetic anisotropy by strain and surface effects, as well as magnetic and structural coupling was studied. In virtue of their contrasting ferromagnetic and transport properties, charge doped lanthanum manganite and strontium ruthenate (SRO) were chosen for this study. Their superior growth properties allowing atomically flat defect free interfaces make them a model system to study electronic magnetic and structural coupling phenomena in perovskite oxides − with the following findings:
Charge transfer at interfaces stabilizes ferromagnetism in single layers of manganites down to one unit cell thickness similar to finite size scaling in ordinary transition metal ferromagnets.
The microscopic structure of crystalline layers can be obtained from an analysis of the symmetries present in angle dependent magnetotransport measurements, which are determined by the anisotropy.
Upon thickness reduction, the intrinsic orthorhombic symmetry in SRO is reduced in favour of a tetragonal one owing to the symmetry breaking at the interface.
Studies on the anomalous Hall effect underline its tensorial nature and show a sign dependence on both magnetic anisotropy and microstructural quality.
The observation of an in-plane anisotropy in manganite layers in the thickness range of two to six unit cells indicates a structural coupling via the oxygen octahedra.
The complex interplay of antiferromagnetic coupling and layer thickness dependent anisotropy and magnetic moment are described in a bilayer model.
Superlattices with individual layers of less than three unit cells cannot be described by the individual layer properties but represent an artificial ferrimagnet.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:21423 |
| Date | 11 June 2018 |
| Creators | Bern, Francis |
| Contributors | Ziese, Michael, Alff, Lambert, Ziese, Michael, Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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