Interface polarisation in transition-metal oxides: From fundamental research to application

Oxidische Elektrokeramiken sind aus der heutigen Elektronik aufgrund ihrer vielfältigen physikalischen Eigenschaften und Funktionalitäten nicht mehr wegzudenken. Von Supraleitung über Ferroelektrizität hin zu kolossalen Magnetwiderständen stehen die Effekte dieser Materialien sowohl im Fokus der Grundlagenforschung als auch im Blick anwendungsnaher Forschungsbereiche. Gerade die moderne Kommunikationstechnologie benötigt neuartige Funktionsmaterialien mit präzise kontrollierbaren spezifischen Eigenschaften. Hierfür spielen Substanzen mit außergewöhnlich hohen dielektrischen Konstanten eine bedeutende Rolle. Diese Arbeit befasst sich mit den Mechanismen zur Erzeugung kolossaler dielektrischer Konstanten. Dabei liegt der Fokus vor allem auf dem Übergangsmetalloxid CaCu3Ti4O12. Die Ergebnisse der dielektrischen Spektroskopie an ein- und polykristallinen Proben sowie an dünnen Filmen werden vorgestellt und diskutiert. Gerade die Filme sind für die Applikation von zentraler Bedeutung. Anhand dieser Titanatverbindung wird der Weg von der grundlegenden Erforschung eines Effekts bis hin zur Herstellung einer prototypischen Schaltung aufgezeigt. Weiterhin wird in ladungsordnenden Nickelaten eine kolossale dielektrische Konstante bei Raumtemperatur bis weit in den Gigahertzfrequenzbereich nachgewiesen. Diese Eigenschaft ist den bisher bekannten Substanzen deutlich überlegen und belegt das außergewöhnliche Potential der Nickelate für eine technische Verwertbarkeit als Dielektrikum.Due to their variety of physical properties and functionalities oxide based electro-ceramics are essential for today's electronics. From superconductivity and/or ferroelectricity to colossal magneto-resistance the effects of these oxides are in the focus of fundamental research and applied science. Especially modern wireless electronics require novel functionalised materials with precisely designed specific properties. For this purpose oxides showing very high dielectric constants play an important role. The present work provides information on mechanisms leading to the generation of colossal dielectric constants with the main focus on the transition-metal oxide CaCu3Ti4O12. Results of dielectric spectroscopy on single- and polycrystalline samples as well as of thin films are shown and discussed. Particularly the films are of special importance for applicability. This investigated titanate is an illustrating example for the path from fundamental research to the production of a prototypical application. In addition, results on charge-ordered nickelates are shown. These exhibit colossal dielectric constants at gigahertz and room temperature. This effect is superior to the ones in known substances and displays the outstanding potential of nickelates for application as dielectric