Doppelperovskite (DP) des Typs A2BB’O6 (A: 12-koordinierte große di/tri-valente Kationen; B/B‘ oktahedrisch koordinierte Übergangsmetalle) biete einen einzigartige Ausgangslage um eine weite Anzahl an physikalischen Eigenschaften in das Materialsystem einzubauen. In der einfachsten Form beinhaltet die DP Struktur eine kubische Anordnung der A-Kationen, welche durchsetzt ist von BO6 und B’O6 Oktaedern, die sich die Eckpunkte teilen und häufig wie in einer ‘Rock-Salt’ Struktur angeordnet sind. Die Wahl der B/B‘ Kationen und die Wechselwirkung in der geordneten DP Struktur ist dafür bekannt die elektronische Struktur und die daraus resultierenden Eigenschaften der Verbindung zu bestimmen. Prominente Beispiele für die Vielfalt physikalischer Eigenschaften sind Materialien wie Sr2FeMoO6, die 3d5-4d1 gebunden sind (welche völlig Spin polarisierte Ladungsträger und hohen magnetoresistiven Effekt bei Raumtemperatur zeigen) und Sr2CrOsO6 welche 3d3-5d3 gebunden sind (zeigen eine hohe ferrimagnetische Ordnungstemperatur und einen positiven Tempeaturkoeffizient der Koersivität). Dennoch ist es interessant festzuhalten, dass die Vielzahl der möglichen DP Verbindungen experimentell unerforscht sind. Dies liegt hauptsächlich daran, dass diese Komponenten metastabil sind und/oder die Synthese extrem anspruchsvoll ist. Mit jüngsten Fortschritten in der Dünnschichttechnologie, im speziellen im Gebiet der gepulsten Laser Deposition (PLD) ist es möglich auch komplexe Multi-Kationoxide mit Hilfe von epitaktischer Spannung unter nicht-Gleichgewichtskonditionen herzustellen. Des Weiteren fördert der PLD Prozess die spontane Kationen Anordnung, begünstigt durch den Unterschied in Größe und Ladung der Kationen. Diese Entwicklungen stellen eine effektive Alternative zu der herausfordernden Synthese von metastabilen DP Materialien dar.

In dieser Arbeit wurde der auf PLD basierte Dünnschichtansatz genutzt um die ferrimagnetischen isolierenden Phasen der DPs zu untersuchen. Wenn solche Phasen als Dünnschichten stabilisiert werden, können Sie in einer weite Spanne an möglichen Anwendungen in dem Gebiet der Spin-Electronic und modernen Elektronischen Datenverarbeitung eingesetzt werden. Zusätzlich können solche Verbindungen realisierbare Vorlagen darstellen um einphasige Typ I multiferroismus zu erzielen, falls die A Kationen durch ein ferroelektrisches Kation wie Bi3+ ausgetauscht werden. Die Studie für 3d-3d und 3d-5d (die Nomenklatur verweist auf die Periode im Periodensystem der Elemente von dieser die B und B‘ Kationen gewählt wurden) DP durchgeführt. Aus der 3d-3d Periode wurde Bi2FeCrO6 gewählt, eine Verbindung für die eine robuste ferromagnetisch-ferroelektrische Kopplung vorhergesagt wurde. Epitaktische Dünnschichten von BFCO gewachsen auf SrTiO3(STO) Substraten mit PLD waren phasenrein und gänzlich unrelaxiert (strained). Deutliche und stark ausgeprägte superstruktur Reflexe (SPs) wurden in XRD Messungen entlang der pseudokubischen [111] detektiert. In Anbetracht des geringen Beugungskontrastes zwischen Eisen und Chrom, waren die SPs stark ausgeprägt. Nutzung der Photon Energieabhängigkeit des Kontrastes zwischen Atombeugungsfaktor von Eisen und Chrom, konnte eine spontane chemische Ordnung der B-Seite ausgeschlossen werden. Detaillierte Strukturberechnung zeigten, dass die experimentell detektierten Superstrukturen durch Kristallverkippungen und ungleicher Verschiebung der Kationen entlang der pseudokubischen [111] Richtung auftreten. Dieses Ergebnis half die Unstimmigkeiten in magnetischer und struktureller Ordnung, welche für BFCO veröffentlich wurden, aufzuklären. Es wurde auch festgestellt, dass die Detektion von SPs in XRD Messungen nicht ausreichend ist, um eine chemische Ordnung in DPs zu bestätigen. Infolgedessen wurde eine sehr schwache Magnetisierung von 0.06 µB/f.u. für BFCO erreicht.

Der Hauptaussage der BFCO Studie ebnete den Weg für die Arbeit an der 3d-5d Gruppe der DPs. Diese Gruppe hat einen größeren B/B‘ Kation Größe/Ladungskontrast und bietet einen besseren Ausblick auf strukturelle und magnetische Ordnung. Jedoch wurden 3d-5d für isolierenden Magnetismus oder Multiferroic Anwendungen, auf Grund von kaum-isolierenden Phasen und komplizierter Synthese, vernachlässigt. Mit Hilfe von DFT Berechnungen konnten neue ferrimagnetisch isolierende Phasen in zwei vielversprechenden DPs La2MnReO6 (LMRO) und La2NiReO6 (LNRO) identifiziert werden. Durch diese Ergebnisse motiviert, wurden stöchiometrische Keramikpellets für den PLD Prozess von LMRO und LNRO, mittels eines Sinterprozesses, der in einer evakuierten verschlossenen Glasröhre stattfand, hergestellt. Anschließend wurden PLD Abscheidungen durchgeführt, um epitaktische, stabile und phasenreine Filme von LMRO und LNRO auf einkristallinem STO Substraten zu wachsen. Im Gegensatz zu BFCO zeigten 3d-5d Verbindungen eine theoretisch konsistente Magnetisierung von 2,2 (LMRO) und 0,38 (LNRO) µB/f.u., was auf eine stabile, magnetische und chemische Ordnung schließen lässt. Diese chemische Ordnung der B/B‘ Kationen wurde von TEM und EDS Messungen bestätigt. XMCD Messungen zeigten eine konsistente Übereinstimmung mit der ferromagnetischen Ordnung und gaben den Beweis für ein unverändertes Orbitalmoment. Des Weiteren wurde eine Metall zu Isolator Umwandung in LMRO festgestellt, was weitere Eigenschaften zu dieser Verbindung hinzufügt. Dieser Übergang ist begründet durch die Orbitalsymmetrische Hybridisierung von 3d und 5d Orbitalen und wurde durch dynamische Molekularfeldtheorie Berechnungen bestätigt. Die Ergebnisse zeigen ein unerschlossenes Potential der DP als funktionale Oxide und der Effektivität der PLD Dünnschichtherstellung, um diese experimentell umzusetzen.