Atomlagenabscheidung ternärer Oxide von Elementen der Platingruppe

Die Atomlagenabscheidung (ALD) von multiplen Oxiden, welche Edelmetalle (abgesehen von Cu) enthalten, wurde bisher nur wenig untersucht, obwohl ALD-Prozesse für die elementaren Metalle der Platingruppe und vieler ihrer einfachen Oxide weit entwickelt sind. Die multiplen Oxide weisen jedoch technologisch sehr bedeutsame Eigenschaften auf, so dass auch Untersuchungen zu Abscheideverfahren für dünne Schichten dieser Oxide und deren Charakterisierungen von großem Interesse sind. Die Gruppe der ternären Edelmetalloxide beinhaltet unter anderem die Kristallgruppen der Delafossite und der Pyrochlor-Iridate. Im Besonderen fanden die Delafossite PdCoO₂, PdCrO₂ und PtCoO₂ in den letzten Jahren einige Beachtung wegen ihrer hohen Leitfähigkeit in der Form von Einkristallen. Diese kommt durch die hohe Beweglichkeit der Elektronen innerhalb der zweidimensionalen edelmetallhaltigen Schichten zustande, welche diese Materialien auch zu Kandidaten für die Beobachtung von hydrodynamischem Elektronenfluss macht. Berechnungen haben gezeigt, dass PtCoO₂ ein vielversprechendes Material für spintronische Anwendungen darstellt. Darüber hinaus wurde vor kurzem demonstriert, dass alle drei Materialien exzellente Elektrokatalysatoren für die Wasserstoffentwicklungsreaktion in sauren Elektrolyten sind, und hier unter bestimmten Bedingungen sogar Platin übertreffen können. Pyrochlor-Iridate haben in den letzten Jahren verstärktes Interesse erhalten, da bei diesen die Kombination von Elektronenkorrelation und Spin-Orbit-Kopplung zu Effekten wie Metall-Halbleiter-Übergängen und nicht-kollinearem Antiferromagnetismus führt. Erwähnenswert ist hier auch die Vorhersage, dass Y₂Ir₂O₇ in einem gewissen Temperaturbereich die Eigenschaft eines Weyl-Halbmetalls aufweisen sollte. Weyl-Halbmetalle sind derzeit eine intensiv untersuchte Materialklasse im Bereich der topologischen Materialien.
Das wissenschaftliche Projekt des Antrags verfolgt das Ziel, dünne Schichten aus ternären Oxiden, bei denen eines der Metalle der Platingruppe angehört, aus der Gasphase mittels ALD abzuscheiden und zu charakterisieren. Der Fokus liegt dabei auf zwei Kristallgruppen, den Delafossiten (PdCoO₂, PdCrO₂ und PtCoO₂) und den Pyrochlor-Iridaten (Y₂Ir₂O₇). Für die verschiedenen Materialien werden zunächst amorphe Schichten abgeschieden. Aus diesen werden kristalline Schichten mittels schneller thermischer Prozessierung gewonnen. Die Schichten werden dann hinsichtlich ihrer elementaren Zusammensetzung und Kristallstruktur untersucht. Schließlich werden die physikalischen Eigenschaften wie die temperaturabhängige elektrische Leifähigkeit und die magnetische Ordnung von Filmen, für welche die angestrebte kristalline Phase erzielt wurde, eingehend untersucht. Ziel ist es dabei Zusammenhänge zwischen den Prozessbedingungen und diesen physikalischen Eigenschaften zu ermitteln.