Project

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Controlling the correlated state of matter at oxide interfaces

Applicant Fernandes Vaz Carlos Antonio
Number 184684
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Paul Scherrer Institut
Institution of higher education Paul Scherrer Institute - PSI
Main discipline Condensed Matter Physics
Start/End 01.02.2020 - 31.01.2024
Approved amount 476'944.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Condensed Matter Physics
Technical Physics

Keywords (18)

x-ray scattering; magnetoelectric coupling; complex oxides; oxide molecular beam epitaxy; strongly correlated materials; ferroelectric field effect; x-ray spectroscopy; interfaces; Multiferroic heterostructures; metal oxides; magnetism; ferroelectricity; x-ray microscopy; magneto-optic Kerr effect; interfaces; thin films; manganites; barium titanate

Lay Summary (German)

Lead
An der atomaren Grenze zwischen verschiedenen Materialien treten neue Phänomene auf, die für unterschiedliche Anwendungen nutzbar gemacht werden können. Ein Beispiel dafür ist der Feldeffekt an der Grenze zwischen Silizium und Siliziumoxid, der die Grundlage des Feldeffekttransistors (FET) und eine wichtige Stütze der heutigen Kommunikationsgesellschaft ist. Trotz des grossen Erfolges der Siliziumtechnologie, die CMOS genannt wird, ist die Suche nach neuen Materialien und physikalischen Phänomene weiter notwendig, um die Entwicklung energieeffizienterer, leistungsfähigerer und schnellerer elektronischer Geräte zu ermöglichen. Neben anderen Materialien sind in diesem Kontext Metalloxide besonders interessant, da sie viele Eigenschaften, wie Magnetismus, Ferroelektrizität und Supraleitung aufweisen, die eine Konsequenz ihrer stark korrelierten Elektronen sind.
Lay summary
Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der Grenzflächen zwischen Metalloxiden. Dabei wollen wir ein besseres Verständnis sowie eine präzise Kontrolle der Eigenschaften an der Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen Metalloxiden erreichen. Beispielsweise interessiert uns die magneto-elektrische Kopplung zwischen ferromagnetischen und ferroelektrischen Oxiden, die eine Kontrolle der magnetischen Eigenschaften mittels eines elektrischen Feldes ermöglich könnte. Auf der Nanoskala wollen wir Grenzenflächeneigenschaften, die stark von der Ladungsdichte, beziehungsweise von Elektronenkorrelationen abhängen, durch Feldeffekte kontrollieren. Für dieses Projekt werden hochqualitive Metalloxidschichten und Grenzflächen präpariert und mit verschiedenen Techniken --- unter anderen mit Röntgenmikroskopie an der Synchrotronlichtquelle Schweiz --- untersucht um das übergeordnete Ziel, die elektrische Kontrolle von Magnetismus, Leitfähigkeit, und Elektronkorrelationszuständen an der Grenzfläche zu erreichen.


Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Unsere Arbeit wird neue und wichtige Erkenntnisse über Mechanismen liefern, die an der atomaren Grenze zwischen stark korrelierten Metalloxiden zu Modifikationen und neuartigen Eigenschaften führen. Diese Eigenschaften haben das Potential die Entwicklung von neuen energieeffizienteren, leistungsfähigeren und schnelleren Technologien zu ermöglichen, die für eine nachhaltige Entwicklung der Informationsgesellschaft geeignet sind.
Direct link to Lay Summary Last update: 01.06.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
157743 Molecular Beam Epitaxy deposition system for the SIM beamline at the Swiss Light Source 01.08.2015 R'EQUIP

Abstract

The interface region separating different materials is often the site of modified electronic properties, as a consequence of symmetry breaking and electron transfer processes across the boundary. For example, at the interface between materials with different order parameters, a cross-link between such order parameters can develop that leads to new functional properties. From both basic science and applied physics perspectives, a basic level understanding of the mechanisms responsible for those modified properties at interfaces is of fundamental interest.In this proposal, we aim to control the correlated state of high quality, molecular beam epitaxy-grown Sr and Ba-doped LaMnO3 ultrathin films interfaced with ferroelectric and dielectric layers, by electrostatically modulating the charge carrier density in a field-effect device structure. The strategy for achieving large susceptibilities consists of choosing manganite compositions for which the system lies near a boundary between two ground states in the doping phase diagram. The main goal of this project is to use x-ray absorption spectroscopy and x-ray resonant scattering measurements to probe the spin and orbital structure of the interface as the system is driven across two competing ground states. This project will also further contribute to developing x-ray scattering and spectroscopy techniques to tackling new requirements for sample excitation and measurement geometries. The results of the present investigation will shed light on the exact mechanisms linking charge density (i.e., electron correlations) to the ground state of the system, including the onset of spin and orbital order, phase separation, and their connection to the transport and magnetic properties of the interface.
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