Lead
Mit Hilfe elektrochemischer Prozesse soll ein reversibel ein magnetischer Phasenübergang im gemischten Metalloxid LaSrMnO induziert werden. Dieser wird dann in-situ mit Neutronen- und Röntgenstreuung untersucht um die Relation zur elektronischen Struktur zu klären.

Lay summary

Die magnetischen Eigenschaften von Materialien sind abhängig von Äusseren Einflüssen wie Temperatur, Druck und elektrischen oder magnetischen Feldern. Diese kann man relativ leicht variieren und dadurch den Magnetismus schalten.

Darüberhinaus spielt aber auch die Materialzusammensetzung eine entscheidende Rolle. So wechselt zum Beispiel der Perowskit-Typ Kristall La1-xSrxMnO3 von ferromagnetischem Verhalten für x < 0.5 zu Paramagnetismus bzw. je nach Temperatur zu Antiferromagnetismus für x > 0.5. Dem zugrunde liegt eine räumliche Ordnung der elektronischen Zustände des Mn.  Ein Schalten analog zur Temperaturänderung ist hier nicht möglich. Um den Übergang zu untersuchen muss man eine Reihe von Kristallen mit variierendem x herstellen und diese einzeln vermessen.

In diesem Projekt wollen wir erstmalig durch eine leichte Modifikation ein schaltbares System realisieren und dieses dann untersuchen. Die Idee ist, geringe Mengen einer weiteren Komponente zuzufügen, welche die elektronische Struktur beeinflusst, deren Menge aber kontinuierlich kontrollierbar ist. Ein möglicher Kandidat ist Lithium, das man analog zu Li-Batterien elektrochemisch in einen Kristall einlagern und wieder herausholen kann.

Ein dünner Film kristallinen La1-xSrxLiyMnO3 der dann in einer kleinen elektrochemischen Zelle (vergleichbar einer Lithium Knopfbatterie) als Elektrode agiert, kann in-situ, also während eines Prozesses oder Phasenübergangs, untersucht werden. Mittels Neutronenreflektometrie und resonanter Röntgenstreuung erhält man die räumliche Verteilung verschiedener magnetischer Phasen und die jeweiligen elektronischen Zustande am Mn. Durch die feine Dosierbarkeit und die Reversibilität des Lithium Eintrags ist eine deutlich präzisere Präparation der entsprechenden Zustände als bisher möglich. Ist diese Methode einmal etabliert, kann man sie auf andere Materialien und auch auf andere Fragestellungen übertragen.