Lead
Ferroische Oxide bieten eine Fülle von funktionellen Eigenschaften, die für elektronische Bauteile der nächsten Generation genutzt werden könnten, um die Grenzen unserer heutigen Siliziumtechnologie zu überwinden. Während Defekte im Kristallgitter lange Zeit als schädlich für diese Eigenschaften angesehen wurden, hat vor kurzem ein Paradigmenwechsel Punktdefekte als mögliche Quelle für neue Funktionalitäten etabliert. Ein gezielter Einsatz von Punktdefekten in technischen Funktionsmaterialien ist jedoch aktuell noch begrenzt durch unser Verständnis 1) der Auswirkung spezifischer Defekte auf die Eigenschaften eines gegebenen Materials, 2) der Langzeitstabilität einer gegebenen Defektpopulation und 3) des Einflusses von Grenzflächen und Domänenwänden auf die Defektchemie und die resultierende Funktionalität.

Lay summary

Ziel dieses Projekts ist es, mittels quantenmechanischer Berechnungen basierend auf der Dichtefunktionaltheorie, ein grundlegendes Verständnis der Defektchemie in ferroischen Dünnfilmmaterialien zu erlangen. In einem ersten Schritt werden wir eine Vielzahl von Defekten in einem kleinen aber systematisch ausgewählten Satz von Übergangsmetallperowskiten untersuchen um den Effekt der Defekte auf die magnetischen und ferroelektrischen Eigenschaften dieser Materialien zu verstehen. Durch die systematische Materialauswahl können wir allgemeine Trends in Abhängigkeit des Defekts und der und Materialzusammensetzung ableiten. Um die Langzeitstabilität des Defektprofils besser zu verstehen, werden wir parallel dazu den Sauerstoffaustausch mit der Umgebung an einer Dünnfilmoberfläche, sowie den Anionen- und Kationenaustausch mit typischen Trägermaterialien untersuchen. Diese Ergebnisse werden Aufschlüsse zum Einfluss von Grenzflächen auf die Defektchemie und die resultierende Funktionalität in diesen komplexen Multi-Material-Systemen geben. Ein letztes Ziel dieses Projekts ist die Untersuchung der elektrostatischen und elastischen Wechselwirkung von Defekten mit Domänenwänden. Unsere Arbeit zielt darauf ab, ein allgemeines Verständnis der Wechselwirkung der häufigsten Defekte mit den verschiedenen Klassen von Domänenwänden zu erlangen und das Entstehen neuer Funktionalitäten zu untersuchen und zu erklären.

Diese grundlegenden Ergebnisse sind dringend benötigt für den gezielten Einsatz von Defekten beim Design neuartiger Funktionselemente in der Oxidelektronik. Die experimentelle Forschung in diesem Bereich in der Schweiz ist international sehr wettbewerbsfähig und die hier geplanten theoretischen Untersuchungen werden dazu beitragen, diese Position zu stärken und in neue Richtungen zu lenken. Eine enge Zusammenarbeit mit der experimentellen Forschung ist eine wichtige Komponente, um die theoretischen Ergebnisse, die in diesem Projekt gewonnen werden, in praktische Anwendungen zu übertragen. Dadurch wird es möglich, das volle Potenzial der Oxidelektronik durch die Verwendung von Defekten im Materialdesign zu nutzen.