Funktionsoxide für neuartige Geräte
Funktionsoxide sind zurzeit aufgrund der breiten Palette von Anwendungen wie Speichergeräte, Hochfrequenz-Elektronik und abstimmbare Mikrowellengeräten für die aktuelle Forschung und die Industrie von großem Interesse. Das zentrale Merkmal dieser Geräte ist die Schaltgeschwindigkeit, wobei eine langsame Relaxation den Hauptnachteil bei ihrer Verwendung darstellt. Nanostrukturen von aktiven Oberflächen und Grenzflächen spielen eine entscheidende Rolle bei der Oxid-Funktionalität. In dem EU-finanzierten Projekt "Electron probing of functional oxides" (EPOFO) untersuchten Wissenschaftler die Schnittstellenstrukturfehler von Funktionsoxiden in Dünnfilm-Gerätekonfigurationen und überprüften Sauerstoffmängel an den Schnittstellen. Darüber hinaus ermittelten und bewerteten sie experimentell die Raumladungsverteilungen, die von diesen Mängeln resultieren und die funktionellen Eigenschaften an den Grenzflächen und Oberflächen hemmen. Durch diese Aktivitäten wollte EPOFO die Rolle von Strukturdefekten, Sauerstoffmangel und Raumladungsverteilungen bei der Regulierung der Relaxationsvorgänge aufklären. Um wichtige Faktoren, die die Leistung der Funktionsoxid-Nanopartikelsysteme und Dünnschicht-Heterostrukturen bestimmen, zu untersuchen, beurteilte das Projekt Techniken der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM). TEM-Daten wurden anhand theoretischer Berechnungen gründlich analysiert. Die katalytische Funktionalität von Nanopartikeln wird direkt mit den aktiven Oberflächenstellen, die an der Reaktion beteiligt sind, in Verbindung gebracht. Mittels TEM und Elektronenenergieverlustspektroskopie charakterisierten die Wissenschaftler die Oberfläche von Oxid-Perowskit-Katalysatoren, deren Reaktionsmechanismen bislang noch nicht bekannt sind. Die durch die Dichtefunktionaltheorie-Analyse erhaltenen Ergebnisse waren wichtig, da diese Katalysatoren die besten Anwärter für Alternativen zu herkömmlichen teuren Metallkatalysatoren darstellen. Weitere Projektergebnisse betrafen die unzureichende elastische Dehnung für eine starke magnetoelektrische Kopplung an der Schnittstelle eines ferroelektrischen zu einem ferromagnetischen Funktionsoxidsystem. Dennoch bestätigten die Ergebnisse eine ausreichende chemische Aktivität zwischen den beiden Oxiden, die zur Synthese von komplexen künstlichen Schnittstellen führen könnte. EPOFO trug zur Optimierung künstlicher Oxidstrukturen für zukünftige Arbeitsvorrichtungen bei. Die Nanosteuerung der Strukturen sollte dabei helfen, die Schaltgeschwindigkeit weiter zu untersuchen.
