The scope of this PhD-thesis is the production and characterization of highly conductive ferroelectric domain walls in 5 mol% magnesium-doped lithium niobate single crystals. Therefore one domain wall is induced into a single domain sample by the means of a local poling procedure. The produced structure is contacted through evaporated macroscopic metal electrodes. Since domain walls typically exhibit low currents a high voltage treatment is applied to persistantly increase the conductance by several orders of magnitude. A deeper understanding of the mechansimn behind the transport characteristics is given via atomic force microscopy and Cherenkov second-harmonicgeneration-microscopy. The combinaiton of surface sensitive conduction measurements and three dimensional topology detection prove to be magnificent
complementary methods. A clear correlation between inclination with respect to the z-axis and local conductivity is found. Through this correllation a simple and intuitive theory is derived inside the band model, which quantitativly explains the observed behaviour.
Following some key process parameters like electrode material, poling procedure and doping of the lithiumniobate crystal are varied, while their influence on the high voltage treatment is investigated. Additionally the procedure is also applied to domain walls in lithium tantalate. Lastly domain walls are observed in real time under the influence of an electric field via Cherenkov second-harmonic-generation-microscopy. There is the possibillity of either two or three dimansional investigations while the latter bears a worse time resolution. It is shown that the speed of the domain wall movement holds a gradient along the z-axis, depending on the polarity of the electric field. / Die vorliegende Dissertation behandelt die Herstellung und Charakterisierung hochleitfähiger ferroelektrischer Domänenwände in 5 mol% magnesiumdotierten Lithiumniobat-Einkristallen. Dabei kommen eindomänige Probenstücke zum Einsatz in die durch lokale Umpolung eine einzelne Domänenwand induziert wird. Die makroskopische Kontaktierung der erzeugten Struktur erfolgt mit Hilfe von aufgedampften Metallelektroden. Da die Domänenwände üblicherweise nur sehr kleine Leitfähigkeiten zeigen wird durch eine Hochspannungsbehandlung selbige nachhaltig um mehrere Gröÿenordnungen erhöht. Einen tieferen Einblick in die Mechanismen der veränderten Transportcharakteristik gewähren die Rasterkraft- und Cherenkov-Second-Harmonic-Generation-Mikroskopie. Die Kombination aus oberflächensensitiver lokaler Leitfähigkeitsmessung und dreidimensionaler Topologieerfassung erweisen sich als ausgezeichnete komplementäre Methoden. Sie zeigen eine klare Korrelation zwischen
Neigungswinkel der Wand im Verhältnis zur z-Achse und der gemessenen Leitfähigkeit. Über diesen Zusammenhang wird eine einfache, intuitive Theorie der Domänenwand im Bändermodell entwickelt, die das Verhalten quantitativ erklärt.
Es folgt die Untersuchung verschiedener Prozessparameter wie Elektrodenmaterial, Polungsprozedur sowie Dotierung des Lithiumniobats und deren Einfluss auf die Hochspannungsbehandlung. Zudem wird diese auch an Lithiumtantalat-Kristallen getestet. Abschlieÿend wird eine Echtzeitmessung der Domänenwand unter angelegtem
Feld mittels Cherenkov-Second-Harmonic-Generation-Mikroskopie durchgeführt. Diese ist dabei in zwei bzw. drei räumlichen Dimensionen möglich, wobei letztere eine geringere Zeitauflösung besitzt. Es wird deutlich, dass die Geschwindigkeit mit der sich die Domänenwand bewegt, einen Gradienten entlang der z-Achse aufweist. Dieser ist von der Polarität des elektrischen Feldes abhängig.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:70991 |
| Date | 16 June 2020 |
| Creators | Godau, Christian |
| Contributors | Eng, Lukas M., Seidel, Jan, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | English |
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| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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