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Plenarvorträge - DPG-Tagungen

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Dielektrische Festkörper Donnerstag<br />

ing method of quantitative HREM, the asymmetric strain fields of the<br />

misfit dislocations have been visualized. It turns out that they extend<br />

into a PZT region with dimensions as large as ∼4 nm in height and ∼<br />

8 nm in width. Within this region the lattice deviates from the regular<br />

PZT crystal structure, implying a reduced or even vanishing spontaneous<br />

polarization. Piezoresponse force microscopy indicates that PZT<br />

nanoislands of d≈ 9 nm indeed do not show ferroelectricity, whereas PZT<br />

islands of d≈ 20 nm and also misfit dislocation-free PbTiO3 islands of<br />

d≈ 9 nm are ferroelectric. It is concluded that a stable polarization in<br />

nanostructured ferroelectrics requires misfit engineering.<br />

DF 6.5 Do 11:30 H11<br />

Infrared near-field microscopy of focused ion beam patterned<br />

SiC — •Nenad Ocelic and Rainer Hillenbrand —<br />

Nano-Photonics Group, Max-Planck-Institut für Biochemie, 82152<br />

Martinsried<br />

We used a home-built scattering-type (or apertureless) scanning nearfield<br />

infrared microscope (s-SNIM) to study the local dielectric properties<br />

of a SiC surface patterned by focused ion beam implantation with spatial<br />

resolution of less than 100nm. In our experiment the sharp probing tip of<br />

an atomic force microscope (AFM) is illuminated by infrared light from<br />

a CO2 laser and both the amplitude and phase of backscattered light are<br />

detected.<br />

Tuning the laser between λ = 10.6µm and λ = 11.2µm, we found<br />

phonon-polariton resonance of the tip-sample near-field interaction [1]<br />

whose magnitude and spectral position strongly depend on the sample’s<br />

local dielectric function ǫ(λ). Since ǫ(λ) depends on the local crystal<br />

structure, we can differentiate between crystalline SiC and amorphous<br />

SiC regions produced by implantation, as well as the transition regions<br />

between them. Thus, our method could be used to map radiation damage<br />

caused by the implantation process employed for semiconductor doping<br />

or to study crystal defects in thin film growth.<br />

[1] R.Hillenbrand, T.Taubner, F.Keilmann, Nature, 418, 159-162<br />

(2002)<br />

DF 6.6 Do 11:50 H11<br />

First investigations of MIM capacitors using Pr2O3 dielectrics<br />

— •Christian Wenger, Gunther Lippert, Hans-Joachim Muessig,<br />

Peter Zaumseil, Roland Sorge, and Jaroslaw Dambrowski<br />

— IHP Microelectronics GmbH, Im Technologiepark 25, 15236 Frankfurt<br />

(Oder)<br />

DF 7 Phasenübergänge und Spektroskopie<br />

Metal-insulator-metal(MIM) capacitors with Pr2O3 as high-k material<br />

have been investigated for the first time. The results show that Pr2O3<br />

MIM capacitors can provide higher capacitance densities than Si3N4 MIM<br />

capacitors while still maintaining comparable voltage coefficients of capacitance.<br />

The Pr2O3 dielectric material seems to be suitable for use in<br />

silicon RF applications.<br />

DF 6.7 Do 12:10 H11<br />

CURRENT TRANSPORT AND SIZE-EFFETCS IN ULTRA-<br />

THIN FERROELECTRIC BARRIERS — •H. Kohlstedt 1 , N.<br />

A. Pertsev 2 , J. Rodriguez-Contreras 1 , A. Gerber 1 , J. Schubert<br />

3 , C. Jia 1 , U. Poppe 1 , and R. Waser 1 — 1 Forschungszentrum<br />

Jülich, Institut für Festkörperforschung and CNI, 52425 Jülich, Germany<br />

— 2 A. F. Ioffe Physico-Technical Institute, 194021 St. Petersburg, Russia,<br />

— 3 Forschungszentrum Jülich, Institut für Schichten- und Grenzflächen<br />

and CNI, 52425 Jülich, Germany<br />

We will present our development of so-called ferroelectric tunnel<br />

junctions with the following layer sequence: SrTiO3(substrate)/<br />

SrRuO3(electrode)/BaTiO3 or PbZrxTi1−xO3 (as ferroelectric)/SrRuO3<br />

or Pt as top electrode. These heterostructures have been investigated by<br />

XRD, RBS, AFM and HRTEM.<br />

The aim of our work is to study fundamental aspects of electron tunnelling<br />

and electron transport through a ferroelectric material and the<br />

influence of the transport current on the ferroelectric polarization state<br />

of the barrier material. The I-V characteristics voltages showed switching<br />

events with two resistive states. The origin of the switching will be<br />

discussed in the framework of direct electron tunnelling, resonant tunneling,<br />

and electron transport via defects. For inelastic transport processes<br />

we found for temperatures below 100 K Glazman-Matveev tunneling and<br />

above 100 K a transition to Mott-hopping.<br />

Moreover we will present a theoretical approach on the basis of the<br />

deformation potential model to combine the tunneling transfer matrix<br />

element with the strain state of the barrier.<br />

Zeit: Donnerstag 14:30–16:50 Raum: H11<br />

Hauptvortrag DF 7.1 Do 14:30 H11<br />

Jahn-Teller Polaronen in oxidischen Perovskiten — •Ortwin<br />

Schirmer — Fachbereich Physik, Universität Osnabrück<br />

Polaronen sind quasifreie Ladungsträger zusammen mit der von ihnen<br />

erzeugten Gitterverzerrung. Ihre Dynamik ergibt ergibt sich aus dem<br />

Wechselspiel von Selbstlokalisierung und Tunneln zwischen äquivalenten<br />

Plätzen. Es ist üblich, die Eigenschaften von Polaronen durch Messungen<br />

der elektrischen Leitfähigkeit bei optischen und niedrigen Frequenzen<br />

zu analysieren. Dabei werden die Beiträge verschiedener gleichzeitig vorhandener<br />

Ausprägungen von Polaronen superponiert. In günstigen Fällen<br />

können EPR-Untersuchungen diese Komponenten voneinander trennen.<br />

Es gelang, BaTiO3-Kristalle so zu dotieren, dass mit EPR nachweisbare<br />

Ti 3+ (3d 1 ) Polaronen im LB entstehen. Anwendung einachsigen Druckes<br />

und Temperaturvariation identifizierte folgende Ausprägungen: kleine<br />

Polaronen (Radius ca. Bindungslänge), intermediäre Polaronen (Radius<br />

grösser) und Bipolaronen (durch gemeinsame Gitterverzerrung gebundenes<br />

Polaronenpaar). Zur Stabilisierung trägt jeweils auch die Aufhebung<br />

der Bahn-Entartung bei (Jahn-Teller Effekt).<br />

Weiter werden Defektelektronen behandelt, die nach Erzeugung durch<br />

geeignete Einstrahlung an einem von mehreren äquivalenten Sauerstoff-<br />

Ionen neben Akzeptor-Defekten in BaTiO3 und KTaO3 als O − (2p 5 ) eingefangen<br />

werden; dabei wird die Äquivalenz durch Gitterverzerrung gebrochen,<br />

es entsteht ein gebundenes Polaron. Auch hier unterstützt ein<br />

lokaler JTE die Stabilisierung. Eine neuartige, symmetrie-erhaltende dynamische<br />

Ausprägung des JTE an Polaronen wird behandelt.<br />

DF 7.2 Do 15:10 H11<br />

Zeitliches Verhalten lichtinduzierter Polaronen in oxidischen<br />

Kristallen — •Th. Woike 1,2 , P. Herth 1 , T. Granzow 1 , M.<br />

Wöhlecke 2 und M. Imlau 2 — 1 Institut für Mineralogie, Zülpicher<br />

Str. 49b, 50674 Köln — 2 Fachbereich Physik, Universität Osnabrück<br />

In oxidischen Kristallen werden bei Beleuchtung mit kurzen, intensiven<br />

Laser-Pulsen Elektronen von energetisch tiefen Niveaus in lokale<br />

Zentren angeregt. Wenn diese angeregten Elektronen eine Verzerrung<br />

des Kristall-Gitters hervorrufen, die ihrerseits das Elektron an seiner<br />

neuen Position stabilisiert, bezeichnet man das Elektron-Deformations-<br />

Ensemble als Polaron. In den letzten Jahren konnte gezeigt werden, dass<br />

für dotierte Kristalle einfache Mehr-Zentren-Modelle zur Beschreibung<br />

der zeitlichen Entwicklung der Polaronen nicht greifen. Statt dessen muss<br />

auch die räumliche Entfernung zwischen Polaron und tiefer Störstelle<br />

berücksichtigt werden. Eine analoge Beschreibung der Anregung und des<br />

Zerfalls von Polaronen in undotierten Kristallen, in denen keine tiefen<br />

Zentren vorhanden sind, steht bisher noch aus.<br />

In diesem Vortrag wird die Anregung und der Zerfall von Polaronen<br />

in undotierten Lithium-Niobat-, Strontium-Barium-Niobat- und Kalium-<br />

Niobat-Kristallen vorgestellt und diskutiert. Die Detektion des Verhaltens<br />

erfolgt über Messung der durch Polaronen hervorgerufenen lichtinduzierten<br />

Absorption nach Anregung des Kristalls mit kurzen, intensiven<br />

Laserpulsen. Die zeitliche Entwicklung wird durch Summen von gestreckten<br />

Exponentialfunktionen beschrieben, und es wird gezeigt, welche Aussagen<br />

sich daraus über die Natur der an diesem Prozess beteiligten tiefen<br />

bzw. flachen Energieniveaus gewinnen lassen.

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