Atomic and electronic structure of self-organized defects in epitaxial films of functional perovskite-type oxides

Resumen

Les capes fines epitaxials d’òxids funcionals tipus perovskita (ABO3) presenten mecanismes d’acoblament d’intercara i de relaxació del desajust governats per un joc complex de graus de llibertat químics, electrònics i estructurals. Aquests mecanismes poden acomodar defectes, tals com dislocacions de desajust i parets de macla, que presenten una gran tendència a l’auto-organització amb escales característiques de desenes de nanòmetres. L’estructura de la xarxa en el nucli d’aquests defectes és diferent de la major part del material, i per tant pot ser considerat com una nano-fase amb propietats físiques probablement diferents, portant a la formació de nano-estructures funcionals. La correlació entre l’estructura del defecte i la funcionalitat, juntament amb la capacitat d’aquests defectes per auto-organitzar-se, ofereix una oportunitat única per l’elaboració bottom-up de nano-dispositius d’òxids funcionals complexes._x000D_ Aquesta Tesi es centra en la caracterització de la microestructura, l’intercara i els defectes auto-organitzats de capes epitaxials i nanoestructures funcionals de materials d’òxids mitjançant l’ús de Microscòpia Electrònica de Transmissió. Es presta especial atenció a l’estructura atòmica i electrònica de les intercares i defectes generats, tals com dislocacions, parets de macla i segregacions de fases, així com als camps de deformació i la seva relació amb les homogeneïtats químiques. En aquesta direcció, dos sistemes diferents compostos per manganites de Lantà són considerats: nanocompost de LaMnO3:MnOx crescut sobre substrats de (001)SrTiO3 i de (001)LaAlO3; i capes de La0.7Sr0.3MnO3 amb defectes auto-organitzats crescudes sobre substrats de (001)SrTiO3 i de (001)LaAlO3. Els materials estudiats en aquest treball poden ser considerats com capes nanoestructurades resultants de l’autoorganització de defectes que relaxen el desajust: nanoinclusions de MnOx (defectes de volum) en el LaMnO3; parets de macla entre dominis de macla (defectes planars) en La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3 i dislocacions de desajust (defectes lineals) en La0.7Sr0.3MnO3 /LaAlO3._x000D_ En el nanocompost de LaMnO3:MnOx, s’analitza la formació regular de nanoinclusions d’òxid de manganès verticalment alienades dins d’una capa de LaMnO3 a través d’una caracterització microestructural. Aquestes anàlisis inclouen la determinació de la microestructura del LaMnO3 respecte el substrat conjuntament amb la identificació de la fase de l’òxid de manganès i d’una fase secundària, una capa rica en La a prop de l’intercara LaMnO3-SrTiO3. En el cas del La0.7Sr0.3MnO3/SrTiO3, es realitza una anàlisi detallada de les parets de macla i de les implicacions d’aquestes en les propietats funcionals. Els canvis locals en les propietats físiques i estructurals de les parets de macla permeten veure una capa amb macles com a una estructura auto-organitzada consistint en nano-lamines verticals de La0.7Sr0.3MnO3 fortament comprimides dins d’una matriu tensionada de La0.7Sr0.3MnO3. En el cas de les capes ultrafines de La0.7Sr0.3MnO3/LaAlO3, s’analitza el mecanisme de relaxament d’aquestes capes, les quals alleugen la tensió de desajust a través de la formació de dislocacions per sobre d’un gruix de crític de capa de 2.5nm. Es realitza un estudi detallat dels canvis estructurals, químics i electrònics associats amb les dislocacions, posant especial atenció a la influència dels camps de deformació en la composició química a la nanoescala. En aquesta direcció, s’observa una reorganització química a la regió del nucli de la dislocació, la qual té lloc per acomodar la deformació. També s’explora la dependència de l’organització de les dislocacions amb el gruix de les capes. Finalment, són analitzades les implicacions del camp de deformació de les dislocacions en la topografia i el transport elèctric a la superfície de les capes, demostrant que la naturalesa multi-escala de les dislocacions és de gran potencial per la creació de nanoestructures funcionals organitzades espontàniament en la superfície de capes fines d’òxids complexes._x000D_ Els principals resultats i conclusions obtinguts en aquesta Tesis obren una nova perspectiva per al desenvolupament d’estructures funcionals auto-organitzades basades en defectes que relaxen tensions.

Fecha de lectura	6 jun 2017
Idioma original	Inglés
Institución de lectura	Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2)
Supervisor	Javier Rodriguez Viejo (Tutor/a) & Felipe Sandiumenge Ortiz (Director/a)