Aktuelle Highlights

2023 MRS Spring Meeting & Exhibit

Call for Papers

Prof. Molina-Luna ist Mitorganisator des Symposiums CH02-Advances in Cryogenic Transmission Electron Microscopy and Spectroscopy for Quantum and Energy Materials

Call for Papers

Wir gratulieren herzlich Dr. rer. nat. Alexander Zintler zur bestandenen Doktorprüfung!

Am 04.07.2022 verteidigte Alexander Zintler erfolgreich seine Thesis “Investigating the influence of microstructure and grain boundaries on electric properties in thin film oxide RRAM devices – A component specific approach”

DOI: 10.26083/tuprints-00021657

Der Doktorvater war Prof. Dr. Leopoldo Molina-Luna Molina-Luna und der 2. Gutachter Prof. Dr. Lambert Alff

Wir gratulieren unserer Kollegin Hui Ding zu ihrer bestandenen Doktorprüfung

Am 07.07.2022 verteidigte Hui Ding erfolgreich ihre Thesis „Domain Morphology and Atomic Structure of Antiferroelectric Perovskites“.

Hui Ding ist wissenschaftliche Mitarbeiterin in den Arbeitsgruppen Geomaterialwissenschaft von Prof. Dr. Hans-Joachim Kleebe und AEM von Prof. Dr. Leopoldo Molina-Luna sowie Mitglied im LOEWE-Schwerpunkt FLAME.

Wir wünschen ihr alles Gute für die Zukunft!

DOI:10.26083/tuprints-00021768

Workshop In-situ/Operando TEM-Techniken

für die fortgeschrittene Charakterisierung von Nanomaterialien

Prof. Molina-Luna ist eingeladener Redner auf dem In-situ/Operando TEM Techniques for Advanced Nanomaterial Characterization Workshop des Canadian Center for Electron Microscopy

https://ccem.mcmaster.ca/events/in-situ-operando-tem-techniques-for-advanced-nanomaterial-characterization-workshop/Mehr erfahren

Kollaboration

In der Kollaboration zwischen den Gruppen Elektronenmikroskope (AEM), Dünne Schichten (ATFT) und Physikalische Metallkunde (PhM) wird der Einfluss von Stickstoffdefizienz auf das Auftreten und den Typ von Korngrenzen in supraleitenden Titan Nitrid Dünnschichten untersucht. Alexander Zintler hat die Studie im Rahmen eines DFG Projektes, des ERC Starting grant FOXON und des ECSEL Joint Undertaking project StorAIge durchgeführt. Die Ergebnisse werden im Journal ACS Omega veröffentlicht.

URLs

AEM: https://www.mawi.tu-darmstadt.de/aem/ aem

ATFT: https://www.mawi.tu-darmstadt.de/ds/ ds

PhM: https://www.mawi.tu-darmstadt.de/phm/ phm

StorAlge: https://www.elektronikforschung.de/projekte/storaigeStorAIge

StorAIge: FOXON: https://cordis.europa.eu/project/id/805359/deFOXON

ACS Omega: https://pubs.acs.org/journal/acsodfascodf

MRS 2022 Spring Meeting

Call for Papers

Call for Papers

Prof. Molina-Luna ist der Hauptorganisator des Symposiums CH03-Advances in In Situ and Operando TEM Methods for the Study of Dynamic Processes in Materials

link

MRS 2021 Virtual Spring Meeting & Exhibit, April 17 – 23, 2021

Professor Leopoldo Molina-Luna wird die Sitzungen CT02.01: Structural Evolution and Structure-Property Correlation und CT02.02: Phasenumwandlung und Struktur-Eigenschafts-Korrelation des Symposiums CT02 : In Situ TEM Characterization of Dynamic Processes During Materials Synthesis and Processing auf dem nächsten MRS Spring 2021 Meeting.

MIT-Germany Lockheed Martin Seed Fund für Professor Molina-Luna

08. Dezember 2020

TU-Professor Leopoldo Molina-Luna vom Fachbereich Material- und Geowissenschaften wird für sein Projekt „Investigation of Oxygen Diffusion in HfO2 Based Memristive Devices by Using iDPC STEM“ mit dem MIT-Germany Lockheed Martin Seed Fund 2019/2020 in Höhe von 22.000 US-Dollar gefördert. Der Seed-Fund wurde 2019 erstmals ausgeschrieben und fördert Forschungsprojekte zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des MIT und deutschen, meist technischen, Universitäten. Insgesamt wurden fünf Projekte aus Deutschland gefördert, darunter das Projekt von Professor Molina-Luna. Er kollaboriert mit einer Arbeitsgruppe des MIT im Department of Materials Science and Engineering (DMSE). Das Projekt ist dieses Jahr gestartet und wird – aufgrund der aktuellen Corona-Pandemie – bis 2022 verlängert. Es beschäftigt sich mit einer neuen Methode, um leichte Elemente auf der atomaren Ebene abzubilden. mho

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Mitorganisation des Symposiums P10 für M&M 2021 in Pittsburgh vom 1. bis 5. August 2021 mit dem Titel „Untersuchung von Phasenübergängen in Funktionsmaterialien und Geräten durch In-Situ-/Operando-TEM“.

VERANSTALTER:

Michele Conroy, Universität Limerick

Trevor Almeida, Universität Glasgow

Leopoldo Molina-Luna, TU Darmstadt

Judy Cha, Yale

Die Möglichkeit, Phasenübergänge in funktionalen Materialien und Geräten innerhalb des TEM zu kontrollieren, bietet einen grundlegenden Einblick in dynamische, lokalisierte Prozesse, die bisher nicht zugänglich waren. Die Entwicklung von In-situ-TEM-Fähigkeiten (Erwärmung, Vorspannung, Abkühlung, Magnetfelder usw.) und ihre Kombination mit fortschrittlichen TEM-Techniken (phasenbezogen, Spektroskopie, 4D-STEM usw.) ermöglicht operando-Studien zur Charakterisierung der physikalischen Eigenschaften von Materialien mit höchster Auflösung bei gleichzeitiger Messung ihrer funktionellen Leistung. Diese innovativen Untersuchungen liefern eine Fülle von Informationen, die eine Fülle von Möglichkeiten zur Untersuchung funktioneller Materialien und Geräte in einer Reihe neuer Anwendungen eröffnen. Dieses vorgeschlagene Symposium lädt zu in-situ (S)TEM-Experimenten ein, bei denen nicht nur der angewandte Stimulus über in-situ TEM-Halterungen, sondern auch kontrollierte elektronenstrahlinduzierte Übergänge genutzt werden. Das Hauptziel besteht darin, experimentelle und theoretische TEM-Forscher zusammenzubringen, die eine Reihe von in-situ/Operando-Methoden anwenden, um die fundamentale Physik zu verstehen, die die Phasenübergänge auf der Nano- zu atomaren Skala von funktionalen Materialien und Bauelementen steuert.

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In-situ-transmissionselektronenmikroskopische Analyse von thermisch zerfallenden polykristallinen Platin-Nanodrähten

Aufgrund ihrer großen Oberfläche, der kontinuierlichen Leiterbahnen, der hohen Aktivität und der ausgeprägten Anisotropie sind Nanodrähte für eine Vielzahl von Anwendungen von zentraler Bedeutung, jedoch weit entfernt vom thermodynamischen Gleichgewicht. Ihre Anfälligkeit gegenüber Degradation erfordert ein tiefes Verständnis der zugrunde liegenden Versagensmechanismen, um eine zuverlässige Leistung unter Betriebsbedingungen zu gewährleisten. In dieser Studie präsentieren wir eine eingehende Analyse der thermisch ausgelösten Plateau-Rayleigh-ähnlichen morphologischen Instabilitäten von elektrolytisch abgeschiedenen, polykristallinen, 20-40 nm dünnen Platin-Nanodrähten unter Verwendung der in-situ-Transmissionselektronenmikroskopie in einem kontrollierten Temperaturbereich von 25 bis 1100 °C. Der Zerfall von Nanodrähten wird stark von Defekten bestimmt, während die anfänglich vorhandenen, häufigen, aber geringen Dickenschwankungen keine wichtige Rolle spielen und später bei der Umformung außer Kraft gesetzt werden. Veränderungen der äußeren Drahtmorphologie gehen Verschiebungen in der inneren Nanostruktur voraus, einschließlich Begradigung der Korngrenzen, Kornwachstum und Bildung von facettierten Hohlräumen. Überraschenderweise teilen sich die Nanodrähte in zwei Domänentypen auf, von denen der eine einkristallin und im Wesentlichen hohlraumfrei ist, während der andere hohlraumfixierte Korngrenzen beibehält. Während die einkristallinen Domänen einen schnellen Pt-Transport aufweisen, sind die hohlraumhaltigen Domänen unerwartet stabil, akkumulieren Platin durch Oberflächendiffusion und fungieren als Kerne für die anschließende Aufspaltung der Nanodrähte. Diese Studie unterstreicht die entscheidende Rolle von Defekten bei Plateau-Rayleigh-ähnlichen thermischen Umwandlungen, deren Entwicklung die Drahtumformung nicht nur begleitet, sondern auch lenkt. Daher stellen Defekte starke Parameter für die Kontrolle des Zerfalls von Nanodrähten dar und müssen bei der Entwicklung genauer Modelle und Simulationen berücksichtigt werden.

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Neuromorphes Rechnen: Anpassung der Schaltdynamik in RRAM-Geräten auf Yttriumoxidbasis durch Sauerstofftechnik: Von der digitalen zur Multi-Level-Quantisierung zur analogen Schaltung (Adv. Electron. Mater. 11/2020)

Für neuromorphes Computing, das das menschliche Gehirn nachahmt, muss das digitale Gedächtnis analog werden. Eine wissenschaftliche Schlüsselfrage ist, wie man Materialien lehren kann, synaptische Plastizität anzunehmen. In Artikel 2000439 verwenden Stefan Petzold, Eszter Piros und Mitarbeiter die neuartige Technik der Sauerstofftechnik auf Yttriumoxid und zeigen, dass dieses spezielle Material ein hervorragender Kandidat ist, um die Steuerung und Feinabstimmung der Schaltdynamik zu ermöglichen.

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Verformungsfreie Korngrenze

Formgebungsfreie, Korngrenzen-konstruierte Hafniumoxid-resistive Random-Access-Speicherbausteine Unsere jüngste Veröffentlichung über eine neue Art der Korngrenzentechnik in elektronischen Geräten wurde als Rückumschlag der renommierten Zeitschrift "Advanced Electronic Materials" gewählt. Die vorgestellte neuartige Methode führte zu umformungsfreien Bauelementen mit einer engen Verteilung der Umformspannungen. Dies macht diesen Ansatz zu einem leistungsfähigen Werkzeug zur Bewältigung einer der größten Herausforderungen für resistive Schaltbauelemente, nämlich der Variation von Bauelement zu Bauelement. Die Kombination von atomar auflösender Raster-Transmissionselektronenmikroskopie-Bildgebung zusammen mit DFT-basierten Simulationen war grundlegend, um die induzierten niederenergetischen Korngrenzenstrukturen zu entschlüsseln. Darüber hinaus wurden die elektronentransparenten Lamellen der eigentlichen Bauelemente erfolgreich in unserem Cs-Sonden-korrigierten Transmissionselektronenmikroskop betrieben.

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Formgebungsfreie, Korngrenzen-konstruierte Hafniumoxid-resistive Random-Access-Speicherbausteine

In dieser Studie wurde eine neue Methode des direkten Defekt-Engineering, nämlich das Korngrenzen-Engineering, für Hafniabasierte resistive Random Access Memory (RRAM)-Bauelemente in enger Zusammenarbeit mit der Abteilung Advanced Thin Film Technology von Prof. Alff entwickelt. Mit dieser neuen Methode werden die großen Herausforderungen von RRAM angegangen, die ein hoher Energieverbrauch und eine große Variation von Bauelement zu Bauelement sind. Durch die Züchtung hochgradig texturierter Dünnfilme mit niederenergetischen Korngrenzen (GBs) von hoher Symmetrie, die durch die dielektrische Lochschicht (Hafnia) geführt werden, war es möglich, formfreie RRAM-Bauelemente mit einer engen Verteilung der Formierungsspannungen zu erreichen, die durch vordefinierte Pfade entlang der GBs zur Bildung des leitenden Fadens verursacht werden. Darüber hinaus hat die Transmissionselektronenmikroskopie Eigenschaften der GBs durch Analyse der atomar aufgelösten Mikrostruktur offenbart, wie dieses beispielhafte Bild zeigt.

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Analyse und Simulation der verschiedenen resistiven Schaltmodi, die in HfOx-basierten resistiven Direktzugriffsspeichern auftreten, unter Verwendung von Memdioden

In dieser Studie werden Analyse und Simulation aller experimentell beobachteten Schaltmodi in auf Hafniumoxid basierenden resistiven Direktzugriffsspeichern unter Verwendung eines vereinfachten elektrischen Leitungsmodells durchgeführt. Der Einfluss des Sauerstoffgehalts der dielektrischen Schicht auf die elektronische Struktur wurde mittels verlustarmer Elektronenenergieverlustspektroskopie untersucht, die einen deutlichen Unterschied zwischen defekten und stöchiometrischen Filmen ergab. Die Fingerabdrücke der elektronischen Struktur von stöchiometrischem m-HfO2 und sauerstoffdefizientem t-HfO1,5 konnten identifiziert werden.

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Mikrometerdicke SrMoO3-Oxidelektroden mit atomarer Grenzflächentechnik für ferroelektrische Dünnschicht-Varaktoren BaxSr1-xTiO3, abstimmbar bei niedrigen Spannungen

Diese Publikation wurde von den Herausgebern von APL Materials als einer der Editor's Picks ausgewählt. In der Arbeit haben wir einen Beitrag zur Charakterisierung hochauflösender, ringförmiger Hochwinkel-Dunkelfeld-STEM-Bildgebung für die Charakterisierung von mikrometerdicken, aber atomar scharfen Grenzflächen in Stapeln ferroelektrischer Varaktormaterialien für Hochfrequenzanwendungen geleistet. Diese Bauelemente arbeiten auf Li-Ionen-Batteriespannungsniveaus, sind in ihrem Frequenzbereich sehr gut abstimmbar und sind ein Schlüsselelement der aufkommenden Mobilkommunikationsnetze der 5. Generation (5G).

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Schrittweises Zurücksetzen und Setzen der Merkmale in einem auf Yttriumoxid basierenden resistiven Speicher mit wahlfreiem Zugriff

In dieser Studie berichten wir zum ersten Mal über die Koexistenz von bipolarem resistivem Schalten und unipolarem resistivem Schalten innerhalb einer Stapelkombination auf der Basis von Yttriumoxid. Der BRS zeichnet sich durch geringe Variabilität, gute Datenspeicherung, hohe Gleichstromfestigkeit und ein durchschnittliches Ein-Aus-Verhältnis von über 100 aus. Die erhaltenen gleichzeitigen allmählichen Übergänge während des BRS-Setzens und Zurücksetzens, die bei Impulsabsenkungs- und Potenzierungsoperationen (siehe Abbildung) mit gezeigter Plastizität über etwa zwei Größenordnungen eingesetzt wurden, machen RRAM auf der Basis von Yttriumoxid zu einem interessanten alternativen Kandidaten für neuromorphe Synapsen. In Kombination mit seiner Eigenschaft, formfrei zu sein und niedrige Betriebsspannungen zu haben, wird RRAM auf Yttriumoxidbasis als ein geeigneter Materialkandidat für neue nichtflüchtige Speichertechnologien mit hoher Dichte hervorgehoben.

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Ermöglichung nanoskaliger Flexoelektrizität bei extremen Temperaturen durch Abstimmung der Kationendiffusion

Elektrothermischer Chip-Probenträger für die in-situ-Transmissionselektronenmikroskopie. a Schematische Darstellung des elektrothermischen Chips, einschließlich des Satzes von Vorspannungselektroden, die von der gekapselten, grün gefärbten Mikroheizung umgeben sind, deren Temperatur durch Joule-Heizung gesteuert wird. b Entsprechendes simuliertes Temperaturverteilungsprofil, das durch die Mikroheizung erzeugt wird. c Vergrößerte Ansicht des Vorspannungsdrahtbereichs, die eine Nahaufnahme des 20 nm dicken elektronentransparenten Fensters und der vier umgebenden Vorspannungsdrähte zeigt. Die grüne Ebene stellt den Querschnitt dar, in dem die Größe des elektrischen Feldes aufgetragen ist. d Finite-Elemente-Simulation der lokalen Größe des elektrischen Feldes und der elektrischen Feldlinien über der in c angegebenen Querschnittsebene. Ein Nanopartikel wurde in den Fensterbereich zwischen den Elektroden zur Modellierung

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Blitz in der Naturkommunikation

Materialien mit umschaltbarer Polarisation sind in Speicherbausteinen, Sensoren, Aktoren und Wandlern unverzichtbar. In dieser Publikation berichteten Leopoldo Molina-Luna et al. über ein unerwartetes Phänomen, das Auftreten von domänenartigen Nanoregionen (DLNRs) bei extremen Temperaturen. Der Ursprung des Phänomens kann der Flexoelektrizität zugeschrieben werden, einer intrinsischen Eigenschaft dielektrischer Materialien, die unter einer durch Kompositionsgradienten induzierten Belastung Polarisation erzeugen können. Um den Ursprung der DLNRs experimentell zu untersuchen, wandten die Autoren elektrische Felder bis zu ±22 kV/mm bei 800 °C an und beobachteten die Dynamik mittels hochauflösender Bildgebung. Diese Entdeckung eröffnet eine neue, aufregende Wissenschaft und wird sicherlich die Untersuchung und Entwicklung anderer flexoelektrischer Hochtemperatur-Nanomaterialien motivieren.

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