@phdthesis{Lutz2018,
  author    = {Lutz, Peter},
  title     = {Surface and Interface Electronic Structure in Ferroelectric BaTiO\(_3\)},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-159057},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Transition metal oxides (TMO) represent a highly interesting material class as they exhibit a variety of different emergent phenomena including multiferroicity and superconductivity. These effects result from a significant interplay of charge, spin and orbital degrees of freedom within the correlated d-electrons. Oxygen vacancies (OV) at the surface of certain d0 TMO release free charge carriers and prompt the formation of a two-dimensional electron gas (2DEG). Barium titanate (BaTiO3) is a prototypical and promising d0 TMO. It displays ferroelectricity at room temperature and features several structural phase transitions, from cubic over tetragonal (at room temperature) and orthorhombic to rhombohedral. The spontaneous electric polarization in BaTiO3 can be used to manipulate the physical properties of adjacent materials, e.g. in thin films. Although the macroscopic properties of BaTiO3 are studied in great detail, the microscopic electronic structure at the surface and interface of BaTiO3 is not sufficiently understood yet due to the complex interplay of correlation within the d states, oxygen vacancies at the surface, ferroelectricity in the bulk and the structural phase transitions in BaTiO3. This thesis investigates the electronic structure of different BaTiO3 systems by means of angle-resolved photoelectron spectroscopy (ARPES). The valence band of BaTiO3 single crystals is systematically characterized and compared to theoretical band structure calculations. A finite p-d hybridization of titanium and oxygen states was inferred at the high binding energy side of the valence band. In BaTiO3 thin films, the occurrence of spectral weight near the Fermi level could be linked to a certain amount of OV at the surface which effectively dopes the host system. By a systematic study of the metallic surface states as a function of temperature and partial oxygen pressure, a model was established which reflects the depletion and accumulation of charge carriers at the surface of BaTiO3. An instability at T ~ 285K assumes a volatile behavior of these surface states. The ferroelectricity in BaTiO3 allows a control of the electronic structure at the interface of BaTiO3-based heterostructures. Therefore, the interface electronic structure of Bi/BaTiO3 was studied with respect to the strongly spin-orit coupled states in Bi by also including a thickness dependent characterization. The ARPES results, indeed, confirm the presence of Rashba spin-split electronic states in the bulk band gap of the ferroelectric substrate. By varying the film thickness in Bi/BaTiO3, it was able to modify the energy position and the Fermi vector of the spin-split states. This observation is associated with the appearance of an interface state which was observed for very low film thickness. Both spectral findings suggest a significant coupling between the Bi films and BaTiO3.},
  subject      = {Bariumtitanat},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Friedrich2004,
  author    = {Friedrich, Holger},
  title     = {W{\"a}ssriges Foliengießen von BaTiO3 : Untersuchungen zur Entwicklung von Schlickerzusammensetzungen mit optimierten rheologischen Eigenschaften},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-10764},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2004},
  abstract  = {Trotz vielseitiger {\"o}kologischer und wirtschaftlicher Vorteile von Wasser werden beim keramischen Nassformgebungsprozess Foliengießen auf Grund von Problemen bei der Herstellung homogener Schlicker industriell vorwiegend noch organische L{\"o}sungsmittel verwendet. Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung w{\"a}ssriger Schlickerzusammensetzungen, wobei ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Wechselwirkungen zwischen den Schlickerkomponenten (L{\"o}sungsmittel Wasser, keramisches Pulver, Dispergiermittel, Bindersystem) sowie deren Auswirkungen auf die Fließeigenschaften der Schlicker und die Gr{\"u}nfolieneigenschaften gewonnen werden sollte. Als keramisches Pulver wurde Bariumtitanat (BaTiO3) ausgew{\"a}hlt, da es eine Basiskomponente f{\"u}r die Herstellung keramischer Vielschichtkondensatoren, einem wichtigen Einsatzgebiet des Foliengießprozesses, darstellt. Grundlegende Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die BaTiO3-Partikel in Wasser nicht inert verhalten und es zur Freisetzung von Ba2+-Ionen sowie zu einem Anstieg des pH-Wertes ins Basische kommt. Auf Grund der Readsorption der Ba2+-Ionen auf den Pulveroberfl{\"a}chen weisen die Partikel auch im Basischen ein positives Zeta-Potenzial auf, dessen Gr{\"o}ße aber nicht ausreicht, um eine elektrostatische Dispergierung der Pulverpartikel zu gew{\"a}hrleisten. Mit einem Polymethacrylat sowie einem Block-Copolymer konnten jedoch zwei Dispergiermittel ermittelt werden, die {\"u}ber einen elektrosterischen bzw. einen {\"u}berwiegend sterischen Mechanismus eine gute Dispergierung des BaTiO3-Pulvers in w{\"a}ssrigen Suspensionen erm{\"o}glichen. Durch die Kombination der Dispergiermittel mit drei verschiedenen Bindertypen (je ein teil- bzw. voll-hydrolysierter Polyvinylalkohol als L{\"o}sungsbinder sowie ein Latex-Dispersionsbinder) sind vier w{\"a}ssrige Schlickersysteme mit sehr unterschiedlichen Fließeigenschaften (Newtonsch bis stark strukturviskos) entwickelt worden. Als Ursache der Fließcharakteristika konnten von der Additivkombination (Dispergiermittel - Binder) abh{\"a}ngige, spezifische "innere" Strukturen der jeweiligen Schlicker abgeleitet werden, die auf Wechselwirkungen zwischen den organischen Additiven, ausgelaugten Ba2+-Ionen und BaTiO3-Partikeln beruhen. Diese erh{\"o}hen die Viskosit{\"a}t der Schlicker bei kleiner bis mittlerer Scherbelastung und bestimmen somit deren Strukturviskosit{\"a}t. Die Strukturen konnten im Weiteren auch mit mikrostrukturellen Gr{\"u}nfolieneigenschaften korreliert werden, wobei eine starke "innere" Struktur die Verdichtung der Schlicker beim Trocknen behindert und dadurch zu einer geringen Pulverpackungs- und Gr{\"u}ndichte sowie zu einer hohen Porosit{\"a}t und starken Oberfl{\"a}chenrauigkeit f{\"u}hrt. F{\"u}r den bei der Schlickerentwicklung wichtigen Einfluss des Binder- und BaTiO3-Gehaltes auf das Viskosit{\"a}tsniveau ist bei den Schlickern mit PVA-Binder eine exponentielle Abh{\"a}ngigkeit ermittelt worden, die im untersuchten Konzentrationsbereich in beiden F{\"a}llen prim{\"a}r durch die absolute Konzentration des auf den BaTiO3-Gehalt bezogenen Binderanteils im Schlicker bestimmt wird. Der Einfluss des Feststoffgehaltes ist dagegen im Vergleich zu dem des Binders gering. Da die Binderpolymere auch den Aufbau der Schlickerstrukturen mitbestimmen, wird durch deren Konzentration außerdem die Strukturviskosit{\"a}t der Schlicker beeinflusst, w{\"a}hrend diese von der Feststoffkonzentration nicht ver{\"a}ndert wird. Bei Schlickern mit Latex-Binder zeigte sich, dass f{\"u}r die Abh{\"a}ngigkeit der Schlickerviskosit{\"a}t vom Binder- und Feststoffgehalt die Latexpartikel ebenfalls als Feststoff zu betrachten sind. Eine gute funktionelle Beschreibung konnte {\"u}ber eine Krieger-Dougherty-Gleichung erreicht werden. Die im Vergleich zu den PVA-Bindern geringere Viskosit{\"a}t des Latex-Binders erm{\"o}glichte dabei Schlicker mit deutlich h{\"o}heren BaTiO3-Gehalten (~ 40-45 Vol.\%) als bei Schlickern mit PVA-Binder (~ 25-30 Vol.\%). Mit den in dieser Arbeit entwickelten Additivkombinationen stehen somit Schlickerzusammensetzungen mit spezifischen Fließeigenschaften f{\"u}r das w{\"a}ssrige Foliengießen zur Verf{\"u}gung. Diese k{\"o}nnen auf der Basis der ermittelten Zusammenh{\"a}nge zwischen Viskosit{\"a}tsniveau und Binder- bzw. Feststoffgehalt optimal und gezielt an die Anforderungen eines Gießverfahrens und der Gr{\"u}nfolien angepasst werden. Das {\"u}ber die abgeleiteten Schlickerstrukturen erhaltene, grundlegende Verst{\"a}ndnis f{\"u}r die Einfl{\"u}sse und Wechselwirkungen der Schlickerkomponenten erm{\"o}glicht im Weiteren, Probleme sowie spezifische Anforderungen eines Foliengießprozesses zu l{\"o}sen.},
  subject      = {Bariumtitanat},
  language  = {de}
}