Promotie mw. S. Farokhipoor: Domain walls and their conduction properties in ferroelectric BiFeO3 thin films

Promotie: mw. S. Farokhipoor, 11.00 uur, Academiegebouw, Broerstraat 5, Groningen

Proefschrift: Domain walls and their conduction properties in ferroelectric BiFeO3 thin films

Promotor(s): prof.dr. B. Noheda, prof.dr. T.T.M. Palstra

Faculteit: Wiskunde en Natuurwetenschappen

Geleidingseigenschappen BiFeO₃ onderzocht

In haar proefschrift behandelt Saeedeh Farokhipoor geleidingseigenschappen van BiFeO₃, een materiaal waarvan typisch isolerend gedrag verwacht mag worden. Het onderzoek naar BiFeO₃ staat recent in de belangstelling. Het is namelijk één van de weinige materialen die bij kamertemperatuur een sterke materiaalrespons vertoont in zowel een aangelegd elektrisch- als een magnetisch veld.

BiFeO₃ kan in dunne lagen onder roosterspanning worden gegroeid op een substraat met een kristalrooster dat een fractie groter of kleiner is. Zo kunnen kristaldomeinen (gebiedjes met verschillende kristaloriëntaties) op controleerbare wijze worden gevormd. Deze domeinen verminderen de elastische energie door specifieke patronen te vormen van loodrechte domeinen met periodieke domeinwanden. Dit is van belang, aangezien de domeinwanden van BiFeO₃ een hogere geleiding vertonen, vergeleken met de domeinen zelf. Dunne films kunnen dus eigenlijk worden beschouwd als zelf geassembleerde nano-devicestructuren die gevormd worden door isolerende domeinen met een grootte van ongeveer 200 nm (500 keer kleiner dan een mensenhaar) en geleidende domeinwanden.

We hebben de mechanismen onderzocht die geleiding in BiFeO₃ domeinwanden veroorzaken met behulp van een microscoop met metalen elektrodenaald die op atomaire schaal het oppervlak aftast. We hebben ontdekt dat elektronen ter hoogte van de domeinwanden een verlaagde energiebarrière ondervinden, omdat juist daar een sterk tekort aan zuurstofatomen in het BiFeO₃ rooster heerst. Dankzij dit inzicht zijn we in staat om het geleidingsniveau van domeinwanden sterk te beïnvloeden.

Bovendien kunnen de domeinen zelf geleidend gemaakt worden door de elektrische polarisatie van BiFeO₃ te schakelen (het zogenaamde ferro-elektrische weerstand schakelen). Dit effect maak BiFeO₃ zeer geschikt voor permanente geheugenopslag.

Saeedeh Farokhipoor (Iran, 1981) studeerde natuurkunde aan de Alzahra University in Iran. Het onderzoek werd uitgevoerd aan het Zernike Institute for Advanced Materials (onderzoeksgroep Solid state materials for electronics) en gefinancierd door NWO (TOP-project). Farokhipoor gaat door als postdoc in dezelfde onderzoeksgroep.