Experimentelle Bestimmung der Phononen von Perowskit-Oberflächen

Abstract

Perowskite besitzen trotz einer einfachen Struktur die unterschiedlichsten physikalischen Eigenschaften wie (Anti-) Ferromagnetismus, Ferroelektrizität, Metall-Isolator-Übergänge und Supraleitung. Für ultradünne Schichten unterscheiden sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften deutlich von denen des dreidimensionalen Volumens. In dieser Arbeit wurden die Oberflächenphononen von BaTiO3, SrTiO3 und SrRuO3 mittels HREELS untersucht. Mit der dielektrischen Theorie konnte gezeigt werden, dass die komplexe dielektrische Funktion die Oberflächenphononendaten exakt beschreibt und sie zudem aus den experimentellen Daten extrahiert werden kann. Dies ermöglicht die erstmalige Bestimmung der komplexen dielektrischen Funktion auch von ultradünnen Oxidschichten bis hin zu einer atomaren Lage. Für ultradünne Schichten von BaTiO3 wird die dicken- und verspannungsabhängige Phononenfrequenzverschiebungen diskutiert. Für verschiedene Vertreter der Ruddlesden-Popper-Serie von SrRuO3 konnten verschieden starke Elektron-Phonon-Wechselwirkungen nachgewiesen werden, welche mit einer Fano-Resonanz beschrieben wurden

Perovskites show - despite their simple structure - various physical properties like (anti-) ferromagnetism, ferroelectricity, metal–insulator transitions, and superconductivity. In ultrathin films, the physical and chemical properties differ significantly from the bulk values. In this work we study the thickness and doping dependencies of BaTiO3, SrTiO3 and SrRuO3 with high-resolution electron energy loss spectroscopy (HREELS). It is demonstrated by means of the dielectric theory that the complex dielectric function can be used to describe the experimental data quantitatively and can quantitatively extracted from the experimental HREELS data. The latter is used to determine the complex dielectric function of ultrathin oxide films down to one unit cell thickness. The ultrathin films of BaTiO3 show a thickness and strain dependent phonon frequency shift. For different samples of the Ruddlesden-Popper series of SrRuO3 different electron-phonon coupling strengths are found and discussed in terms of Fano lineshapes.