Inhaltszusammenfassung:
Übergangsmetalloxide zeichnen sich durch eine enge Kopplung zwischen
elektronischen, strukturellen, thermischen und Gitter-Freiheitsgraden
aus. Diese Kopplung führt zu emergenten Phänomenen wie Metall_
Isolator-Übergängen, Phasenkoexistenz, nichtlinearem Transport,
Filamentbildung und domänenvermitteltem Wärmetransport. Aufgrund
dieser Eigenschaften sind Materialien wie V2O3, NdNiO3, VO2 und
SrTiO3 vielversprechende Plattformen für eine zukünftige Oxidelektronik,
neuromorphe Bauelemente und energiee_ziente Informationstechnologien.
Diese Arbeit untersucht diese Phänomene durch die Kombination elektrischer
Transportmessungen mit ortsaufgelöster optischer Mikroskopie.
Der zentrale experimentelle Ansatz basiert auf einem multifunktionalen
optischen Mikroskop, das die Echtzeit-Abbildung von Bauelementen
während elektrischer oder optischer Anregung ermöglicht. Diese Methode
erlaubt einen direkten Zugang zu mikroskopischen Phasenstrukturen,
metallischer Filamentbildung und ferroelastischen Domänenstrukturen
und ermöglicht es, das makroskopische Transportverhalten mit den
zugrunde liegenden räumlichen Dynamiken zu verknüpfen.
Unter Verwendung von V2O3 als Modell-Mott-Isolator wird lokale
Laseranregung eingesetzt, um den Mott-Metall_Isolator-Übergang erster
Ordnung gezielt zu beein_ussen. Optische Abbildungen zeigen,
dass die Bestrahlung das Gleichgewicht zwischen metallischen und
isolierenden Phasen verändert, die Hysterese reduziert und thermische
Vorgeschichtse_ekte abschwächt. In NdNiO3-Dünnschichtbauelementen
wird elektrothermisches resistives Schalten untersucht. Joule-Heizung
führt zur Bildung metallischer Filamente, die durch die Hysterese des
Übergangs stabilisiert werden und nicht_üchtige multistabile Widerstandszust
ände ermöglichen. Diese Zustände bleiben bei konstanter
Temperatur stabil und können durch thermisches Zyklen zurückgesetzt werden.
Darüber hinaus untersucht diese Arbeit den Phononentransport
in SrTiO3, wobei ferroelastische Domänenwände, die unterhalb der
strukturellen Übergangstemperatur von etwa 105 K entstehen, den
Wärmetransport im hydrodynamischen Regime verändern. Optische
Abbildungen zeigen von der Probengröÿe abhängige Domänenwandstrukturen,
die als intrinsische Streuzentren wirken und die erwartete
Verstärkung des hydrodynamischen Phononentransports unterdrücken.
Abschlieÿend werden multiterminale VO2-Bauelemente als elektrothermische
memristive Systeme untersucht. Simultane optische und elektrische
Messungen zeigen von der Vorgeschichte abhängige metallische Filamentkon
_gurationen, die durch die angelegte Spannung an verschiedenen
Kontakten kontrolliert werden können.
Zusammenfassend zeigen diese Ergebnisse die Bedeutung ortsaufgel
öster Messmethoden für das Verständnis funktioneller Eigenschaften
in stark korrelierten Oxiden. Durch die direkte Verknüpfung
mikroskopischer Phasen- und Domänenstrukturen mit makroskopischen
Transporteigenschaften liefert diese Arbeit Einblicke in die optische
Kontrolle von Metastabilität, elektrothermischem Schalten und domä-
nenwandvermittelten Wärmetransport. Die Ergebnisse unterstreichen
das Potenzial von Übergangsmetalloxiden als vielseitige Materialien für
zukünftige elektronische, neuromorphe und thermische Technologien.
Optical imaging