Getunte Kristalle

Forschende des MLZ geben erstmals einen umfassenden Überblick über die Herstellung von supraleitenden Niob-Filmen. Mithilfe von Elektronenbeugung untersuchten sie den Einfluss der Temperatur auf die Produktion.

Mcqst-frmii 5419 4 zu 3 Laura Guasco, hier am Neutronen-Röntgenreflektometer N-REX, misst den elektrischen Widerstand der Niob-Filme, die an der MBE-Anlage gewachsen sind. © Jan Greune, MCQST

Laura Guasco, hier am Neutronen-Röntgenreflektometer N-REX, misst den elektrischen Widerstand der Niob-Filme, die an der MBE-Anlage gewachsen sind. © Jan Greune, MCQST

Niob-Filme sind supraleitende Kristallstrukturen. Sie kommen beispielsweise in Teilchenbeschleunigern zum Einsatz. Um Strom ohne Widerstand zu leiten, müssen sie eine hohe Kristallqualität und die richtige Kristallorientierung besitzen. Bei Niob können jedoch zwei Ausrichtungen auftreten. Je nach Anwendung ist die eine oder die andere Orientierung passender. Die Forschung ist sich uneinig darüber, wie man die jeweils gewünschte Kristallorientierung züchtet.

Zwei wichtige Wachstumsparameter

„Wir haben am MLZ mithilfe unserer Molekularstrahlepitaxie (MBE)-Anlage systematisch untersucht, wie sich die Wachstumstemperatur und -rate auf die Kristallbildung der Niob-Filme auswirken“, so Dr. Sabine Pütter vom Forschungszentrum Jülich. Die Wachstumsrate gibt an, wie schnell sich ein Niob-Film bildet. Je wärmer es ist und desto schneller die Niob-Filme wachsen, desto mehr bildet sich eine Orientierung heraus, während bei geringerer Temperatur und langsamerem Wachstum die andere auftritt.

Die Publikation hat es auf die Titelseite des Journals „Advanced Physics Research“ geschafft. © Tuning Epitaxial Growth of Nb on MgO(100) (Adv. Phys. Res. 6/2023)

Ergebnisse auf der Titelseite

Die Arbeit von Dr. Sabine Pütter und Dr. Liz Montañez Huaman vom Forschungszentrum Jülich sowie Laura Guasco, Dr. Yuri Khaydukov und Dr. Thomas Keller vom Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, schaffte es auf die Titelseite der Fachzeitschrift Advanced Physics Research. Die Forscherinnen und Forscher geben darin erstmals einen systematischen und vollständigen Überblick , wie sich die beiden Parameter auf die Oberflächenstruktur der Filme auswirken. „Wir können die Kristallschichten quasi tunen, damit sie die gewünschten Eigenschaften haben“, sagt Sabine Pütter.

In eigener Forschung verwendet

Das Team produziert mit dem MBE-System die Niob-Filme und untersucht sie dann direkt mit Elektronenbeugung. Verwendung finden die passgenauen Kristallstrukturen auch gleich in der eigenen Forschung des Teams. Laura Guasco beispielsweise erforscht den Einfluss von Wasserstoff auf Materialeigenschaften dünner Niob-Schichten mit Hilfe von Neutronenstreuung.