Novel Features of Complex Oxides

I dette prosjektet har vi jobbet med å lage oksider som kan nyttiggjøres som for eksempel magnetiske sensorer, lagringsmedium for computere, i brenselceller, kjemiske sensorer eller som katalysatorer. For denne type oksider er det ofte en sterk korrelasjon mellom kjemiske sammensetning, atomarrangement og de fysikalsk-kjemiske egenskapene. Det gjør forbindelsene ekstra spennende å studere. Vi har kombinert eksperimentelt arbeid med teoretiske beregninger for å lete etter helt nye oksider som fremviser eksotiske egenskaper eller uventet oppførsel. Oksidene vi har prioritert å jobbe med kalles ofte Ruddlesden-Popper (RP) type oksider. RP oksidene kan skrives med den helt generelle formelen An+1BnO3n+1, der A og B er metallatomer. RP oksidene er ikke mye studert. En viktig grunn til dette er at de er vanskelige å lage. Deretter er også utfordrende å beskrive atomarrangementet helt korrekt, noe som kan være viktig om du ønsker å forstå hvordan de for eksempel virker som magneter eller hvor godt de leder elektrisk strøm. I dette arbeidet har lykkes med å fremstille helt nye forbindelser med Ruddlesden-Popper type struktur. En av dem har kjemisk formel La4Ni2AlO10. La4Ni2AlO10 er en sterk magnet ved lave temperaturer, mens forbindelsen den er avledet av, La4Ni3O10, er en svak magnet. Grunnet til de endrede egenskapene skyldes at vi endrer elektronkonfigurasjonen når vi bytter ut noe av nikkelet med aluminium. Noen av de andre forbindelsene vi har laget har vi klart å omdanne til hydrerte faser og hydroksider ved å la de reagere med vann. Vi har bestemt atomarrangementet til disse forbindelsene ved å kombinere røntgen- og nøytrondiffraksjon. For at forbindelsene skal reagere med vann må ikke temperaturen være for høy, men dersom temperaturen er for lav går reaksjonen altfor langsomt. Riktig temperatur blir derfor «en gylden middelvei». Vi har også jobbet med å forstå hvorfor noen av oksidene reagerer med vann, men andre ikke gjør det. Reaktiviteten er knyttet til hvor mye oksygen det er i forbindelsen og hvor fleksibelt B-atomet er til å endre oksidasjonstall. De fleste oksidene vi har laget i dette prosjektet er gråsvarte pulvere. Men noen utvalgte oksider ble også laget som supertynne filmer. Vi har laget en tynn film av La4Ni3O10. Så vidt vi vet er den ingen andre før som har lykkes med det før oss. Til slutt vil vi legge til at vi har samarbeidet med miljøer både i Norge i utlandet for å få frem alle resultatene i prosjektet.

Complex oxides exhibit a wide range of properties that give rise to a number of applications within future energy and IC technologies. The scientific program of this project addresses structure-property relations of Ruddlesden Popper type oxides, and with focus on three challenging themes that represent novel directions: - Tuning of electronic and structural properties as basis for novel phenomena in Ln4Ni3O8 and Ln1+xSr3-xFe3O8 (Ln = rare earth element) based materials - Water absorption in oxygen defe ct complex oxides; understanding mechanisms as basis for new compounds with tunable chemistry - Epitaxial thin films of RP3 oxides - exploring anisotropic properties It is emphasized that synthesis, characterization, advanced diffraction experiments and computational modeling will be closely interwoven in these efforts. This is firmly believed to enhance the scientific output of the project, both with respect to quality and quantitative wise. The project will involve significant national (IFE) and inter national collaboration (France, UK, India). In particular the collaboration with IFE at Kjeller will contribute to increased use of neutron scattering techniques in Norway, being of relevance in a long term perspective towards ESS.