Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sandwiches aus Metalloxiden: Wie sich Eigenschaften der Grenzflächen manipulieren lassen

04.02.2016

Eine französisch-deutsche Kooperation hat ein Schichtsystem aus Übergangsmetalloxiden an BESSY II untersucht. Dabei entdeckten die Wissenschaftler eine neue Möglichkeit, um Eigenschaften der Grenzfläche gezielt zu verändern, zum Beispiel den Ladungstransfer oder die magnetischen Eigenschaften. Möglicherweise könnte man damit sogar neue Formen der Hochtemperatur-Supraleitung erzeugen.

So genannte Sandwich-Systeme aus dünnen Schichten von Übergangsmetalloxiden zeigen oft überraschende Eigenschaften an den Grenzflächen. Das Paradebeispiel ist eine Doppelschicht aus Lanthan-Aluminat (LaAlO3) und Strontium-Titanat (SrTiO3): während die beiden Oxid-Schichten im Inneren des Materials elektrisch isolierend und unmagnetisch sind, beobachtet man an der Grenzfläche der beiden Schichten Ferromagnetismus, hohe Leitfähigkeit und unter bestimmten Bedingungen sogar Supraleitung.


Die Skizze zeigt den Aufbau der beiden Metalloxidschichten. Die interessanten neuen Eigenschaften zeigen sich genau an der Grenzfläche.

Bild: M.Bibes

Nun hat ein Team um Manuel Bibes vom CNRS in Thales, Frankreich, gemeinsam mit internationalen Partnern einen neuen Ansatz gefunden, um die Eigenschaften von Grenzflächen gezielt zu steuern. Zusammen mit Sergio Valencia und weiteren Wissenschaftlern vom HZB konzipierten sie eine Versuchsreihe an BESSY II, mit der sie nun aufsehenerregende Ergebnisse erzielt haben.

Selten-Erd-Elemente verändern den Ladungstransfer

Das Team um Manuel Bibes stellte dafür zunächst Doppelschichten aus extrem dünnen Metalloxid-Filmen her, einen Gadolinium-Titanat (GdTiO3)-Film und einen „R“-Nickelat (RNiO3)-Film, wobei „R“ ein Element aus der Gruppe der Seltenen Erden ist.

„Es ist uns damit gelungen, zwei sehr unterschiedliche Übergangsmetalloxide zu kombinieren: Während in der chemischen Bindung der Titanat-Schicht die Elektronen stark lokalisiert sind, sind sie in der Nickelat-Schicht zwischen den Sauerstoff- und Nickelatomen verteilt (kovalente Bindung)“, erklärt Manuel Bibes. An der Grenzfläche wandern daher einige Ladungsträger aus der Titanat- in die Nickelat-Schicht. Diesen Prozess untersuchten die Wissenschaftler nun anhand von Proben mit unterschiedlichen Selten-Erd-Elementen: Lanthan, Neodym und Samarium.

An BESSY II konnten sie nun erstmals beobachten, dass der Ladungstransfer zwischen den beiden Schichten vom Selten-Erd-Element in der Nickelat-Schicht abhängt. Die unterschiedlichen Selten-Erd-Elemente besitzen verschiedene Atomradien.

Dies beeinflusst die Wechselwirkungen zwischen den Nickel- und Sauerstoff-Atomen und damit auch die so genannte „Kovalenz“ und ihren Anteil an der chemischen Bindung. Dies ist soweit bekannt; aber die Wissenschaftler konnten nun erstmals beobachten, dass sich die Stärke der Kovalenz wiederum auf den Ladungstransfer von der Titanat- in die Nickelat-Schicht auswirkt. „Das ist das wichtigste Ergebnis“, sagt Valencia. „Wir haben damit entdeckt, wie wir die chemische Bindung beeinflussen können, um den Ladungstransfer zu steuern.“

Ferromagnetismus beobachtet, Supraleitung erhofft

Über diesen Mechanismus könnte man beeinflussen, wie sich neue Phasen an den Grenzflächen ausbilden, zum Beispiel der Ferromagnetismus, der in dem jetzigen Experiment beobachtet wurde. „Vielleicht können wir so auch unkonventionelle Supraleitung finden, die man in Analogie zu Kupraten auch in solchen Nickelat-Heterostrukturen vermutet “, hofft Valencia.

“Wir hoffen, dass diese Arbeit dazu beitragen wird, bessere Grenzflächen zu entwickeln, an denen neue aufregende Phasen der Materie gezielt erzeugt und untersucht werden können“, sagt Manuel Bibes.

Zur Publikation in Nature Physics: doi:10.1038/nphys3627

'Hybridization-controlled charge transfer and induced magnetism at correlated oxide interfaces'. M. N. Grisolia, J. Varignon, G. Sanchez-Santolino, A. Arora, S. Valencia, M. Varela, R. Abrudan, E.Weschke, E. Schierle, J. E. Rault, J.-P. Rueff, A. Barthélémy, J. Santamaria and M. Bibes

Kontakt:
Dr. Sergio Valencia Molina
sergio.valencia@helmholtz-berlin.de

Dr. Eugen Weschke
eugen.weschke@helmholtz-berlin.de

Dr. Enrico Schierle
enrico.schierle@helmholtz-berlin.de

HZB-Pressekontakt:
Dr. Antonia Rötger

Weitere Informationen:

http://www.helmholtz-berlin.de/pubbin/news_seite?nid=14411&sprache=de&ty...
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys3627.html

Dr. Ina Helms | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Impfen über die Haut – Gezielter Wirkstofftransport mit Hilfe von Nanopartikeln
22.05.2019 | Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

nachricht Forschungsprojekt zum Insektenschwund in Naturschutzgebieten startet
21.05.2019 | Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung e. V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Impfen über die Haut – Gezielter Wirkstofftransport mit Hilfe von Nanopartikeln

Forschenden am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam ist es gelungen Nanopartikel so weiterzuentwickeln, dass sie von speziellen Zellen der menschlichen Haut aufgenommen werden können. Diese sogenannten Langerhans Zellen koordinieren die Immunantwort und alarmieren den Körper, wenn Erreger oder Tumore im Organismus auftreten. Mit dieser neuen Technologieplattform könnten nun gezielt Wirkstoffe, zum Beispiel Impfstoffe oder Medikamente, in Langerhans Zellen eingebracht werden, um eine kontrollierte Immunantwort zu erreichen.

Die Haut ist ein besonders attraktiver Ort für die Applikation vieler Medikamente, die das Immunsystem beeinflussen. Die geeigneten Zielzellen liegen in der...

Im Focus: Chaperone halten das Tumorsuppressor-Protein p53 in Schach: Komplexer Regelkreis schützt vor Krebs

Über Leben und Tod einer Zelle entscheidet das Anti-Tumor-Protein p53: Erkennt es Schäden im Erbgut, treibt es die Zelle in den Selbstmord. Eine neue Forschungsarbeit an der Technischen Universität München (TUM) zeigt, dass diese körpereigene Krebsabwehr nur funktioniert, wenn bestimmte Proteine, die Chaperone, dies zulassen.

Eine Krebstherapie ohne Nebenwirkungen, die gezielt nur Tumorzellen angreift – noch können Ärzte und Patienten davon nur träumen. Dabei hat die Natur ein...

Im Focus: Wasserstoff – Energieträger der Zukunft?

Fraunhofer-Allianz Energie auf Berliner Energietagen

Im Pariser Klimaabkommen beschloss die Weltgemeinschaft, dass die weltweite Wirtschaft zwischen 2050 und 2100 treibhausgasneutral werden soll. Um die...

Im Focus: Quanten-Cloud-Computing mit Selbstcheck

Mit einem Quanten-Coprozessor in der Cloud stoßen Innsbrucker Physiker die Tür zur Simulation von bisher kaum lösbaren Fragestellungen in der Chemie, Materialforschung oder Hochenergiephysik weit auf. Die Forschungsgruppen um Rainer Blatt und Peter Zoller berichten in der Fachzeitschrift Nature, wie sie Phänomene der Teilchenphysik auf 20 Quantenbits simuliert haben und wie der Quantensimulator das Ergebnis erstmals selbständig überprüft hat.

Aktuell beschäftigen sich viele Wissenschaftler mit der Frage, wie die „Quantenüberlegenheit“ auf heute schon verfügbarer Hardware genutzt werden kann.

Im Focus: Self-repairing batteries

UTokyo engineers develop a way to create high-capacity long-life batteries

Engineers at the University of Tokyo continually pioneer new ways to improve battery technology. Professor Atsuo Yamada and his team recently developed a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Diabetes Kongress 2019: „Diabetes – Nicht nur eine Typ-Frage“

21.05.2019 | Veranstaltungen

Nachwuchskräfte aufgepasst! „Traumjobs live“ bei der Friedhelm Loh Group

20.05.2019 | Veranstaltungen

MS Wissenschaft startet Deutschlandtour mit Fraunhofer-KI an Bord

17.05.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Brückenschlag für mehr Transparenz - MRI schlägt Modell für Nährwertkennzeichnung vor

22.05.2019 | Medizin Gesundheit

Energieversorgung in der Antarktis: Ist solarer Wasserstoff eine Alternative zu Erdöl?

22.05.2019 | Energie und Elektrotechnik

Impfen über die Haut – Gezielter Wirkstofftransport mit Hilfe von Nanopartikeln

22.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics