Pulsed-laser growth of La0.8Sr0.2MnO3 on SrTiO3(001)

Abstract

Die Oberflächen von La0.8Sr0.2MnO3(001) (LSMO) sind hochkomplexe Systeme wegen der vielen Anordnungsmöglichkeiten der Oberflächenatome in Abhängigkeit von der Stöchiometrie. Mittels Laserstrahlverdampfens wurde eine Reihe von heteroepitaktischer Schichtwachstumsexperimente von LSMO auf SrTiO3(001) durchge- führt. Die Experimente sind motiviert durch jüngste Ergebnisse von SrTiO3 auf SrTiO3(110) und LSMO auf SrTiO3(110), die das Verhalten von derartigen Oberflächen untersucht haben. Für die ex-situ Präparation des SrTiO3 Substrats wurde ein detailliertes Protokoll erarbeitet, das für möglichst gleichmäßige Ausgangsbedingungen für die darauf folgenden Schichtwachstumsexperimente sorgt. Sowohl bei den dünnen (5.1 nm) LSMO Schichten als auch bei den SrTiO3 Substraten, wurden aus den Effekten von Vorzugssputtern Erkenntnisse über die Oberflächenstöchiometrie gezogen. Weiters wurde eine Reihe von Standardoberflächenphysiktechniken zur Charakterisierung der Oberflächen eingesetzt. Darunter fallen Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Beugung niederenergetischer Elektronen an Oberflächen (LEED), Beugung hochenergetischer Elektronen bei Reflexion (RHEED), Rastertunnelmikroskopie (STM) und Rasterkraftmikroskopie (AFM). In Abhängigkeit von der vorherrschenden Stöchiometrie an der Oberfläche wurden zwei Oberflächenrekonstruktionen identifiziert. Die in unseren Experimenten am häufigsten vorkommende Rekonstruktion teilt Merkmale mit zweidimensionalen Quasikristallen. Die Details dieser Rekonstruktion wurden analysiert und ein Vorschlag für den Aufbau wird gezeigt.

The surfaces of La0.8Sr0.2MnO3(001) (LSMO) are highly complex systems due to the many possibilities of atomic surface arrangements with varying stoichiometry. In this thesis, the preparation of thin films of LSMO on SrTiO3(001) substrates via pulsed laser deposition (PLD) is explored, following up on recent studies of similar studies of SrTiO3 on SrTiO3(110) and LSMO on SrTiO3(110). A detailed protocol for an ex-situ cleaning procedure of the substrate is included. Preferential sputtering is explored, which gives insights into the surface stoichiometry of the films. Standard surface science techniques like X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), low-energy electron diffraction (LEED), reflection high-energy electron diffraction (RHEED), scanning tunnelling microscopy (STM) and atomic force microscopy (AFM) are applied to characterize the surface. Two main surface reconstructions are found depending on the stoichiometry of the surface. The most prevalent surface reconstruction exhibits quasicrystal characteristics. A structure for the surface reconstruction is proposed.