Oxidische Kristalle

Perowskit-verwandte Oxide zeigen viele verschiedene elektronische und strukturelle Eigenschaften. Als Beispiel sei die interessante Geschichte von Sr₂RuO₄ genannt, die viele Aspekte aus der Sicht der Physik und Materialforschung aufweist [1]. Sr₂RuO₄ hat die gleiche Schichtstruktur wie (La,Ba)₂CuO₄, in dem J.G. Bednorz und K.A. Müller 1986 Supraleitung mit T_c ~ 30 K entdeckten und darauf aufbauend weitere Hoch-T_c-Supraleiter mit noch viel höherem T_c gefunden wurden. Mittels dem Zonenschmelzverfahren konnten 1991 Sr₂RuO₄-Kristalle hergestellt und untersucht werden. Die Kristalle enthüllten ein metallisches Verhalten des elektrischen Widerstands längs der Schichten und es konnte gezeigt werden, dass Sr₂RuO₄ als metallisches Substrat für das epitaktische Wachstum von dünnen Filmen von Hoch-T_c-Supraleitern geeignet ist [2]. 1994 wurde entdeckt, das Sr₂RuO₄ selbst ein Supraleiter mit T_c ~ 1 K ist [3]. Bis heute ist Sr₂RuO₄ der einzige Cu-freie Supraleiter, der den gleichen Kristallstrukturtyp wie (La,Ba)₂CuO₄ aufweist. Studien am Sr₂RuO₄ sind deshalb von besonderem Interesse, um etwas über das Zustandekommen der Supraleitung in diesen Oxiden zu erfahren. Inzwischen wurde herausgefunden, dass Sr₂RuO₄ ein unkonventioneller Spin-Triplett-Supraleiter ist [4,5]. Deshalb ist Sr₂RuO₄ immer noch ein Gegenstand intensiver Forschung [4,5].

In vielen Fällen können die physikalischen und strukturellen Eigenschaften von perowskit-verwandten Oxiden durch Substitution oder Veränderung des Sauerstoffgehaltes beeinflusst werden. Ein bemerkenswertes Beispiel ist das System LaTiO_x . Im Bereich des Sauerstoffgehaltes x von 3.00 bis 3.50 gibt es eine Vielfalt von Eigenschaften: Drei-dimensionale und quasi-zwei-dimensionale Kristallstrukturen, ferroelektrisches, antiferromagnetisches, halbleitendes, metallisches und quasi-ein-dimensionales metallisches Verhalten [6,7]. Auch temperatur-induzierte Metall-Halbleiter-Übergänge treten auf [6,7]. Die Titanate vom Typ LaTiO_x gehören zu einer homologen Serie A_nB_nO_3n+2 mit Schichtstruktur. Die Dicke der Schichten wächst mit zunehmenden n, wobei für n = ∞ die drei-dimensionale Perowskitstruktur realisiert ist. Das gegenwärtige Forschungsgebiet sind elektrisch leitfähige Niobate und Titanate vom Typ A_nB_nO_3n+2 [7-13]. Diese Materialien stellen eine neue Gruppe von quasi-ein-dimensionalen Metallen dar. Viele dieser Verbindungen können mit dem Zonenschmelzverfahren als Kristalle hergestellt werden.

Strontium-Niob-Oxid-Kristall

Abschliessend sei noch erwähnt, dass im System LaTiO_x , mit dem die Arbeiten an den Titanaten und Niobaten vom Typ A_nB_nO_3n+2 begonnen haben, die beiden Endmitglieder seit kurzem wieder zum Gegenstand weiterer Forschungsarbeiten geworden sind. Beim antiferromagnetischen Mott-Isolator LaTiO₃ (n = ∞) gibt es deutliche Hinweise dafür, dass bei Temperaturen unterhalb von T_N ~ 150 K eine orbitale Ordnung vorliegt [14-16]. Mit dem ferroelektrischen Isolator LaTiO_3.5 (n = 4) wurden in Form von dünnen Schichten Bauelemente in Kondensatoranordnung realisiert, die es erlauben, zwischen zwei Spannungszuständen hin und her zu schalten [17].