TY - GEN A1 - Kashkarov, Egor B. A1 - Obrosov, Aleksei A1 - Sutygina, Alina N. A1 - Uludintceva, Elena A1 - Mitrofanov, Andrei A1 - Weiß, Sabine T1 - Hydrogen permeation, and mechanical and tribological behavior, of CrNx coatings deposited at various bias voltages on IN718 by direct current reactive sputtering T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch Naturwissenschaftliche Reihe N2 - In the current work, the microstructure, hydrogen permeability, and properties of chromium nitride (CrNx) thin films deposited on the Inconel 718 superalloy using direct current reactive sputtering are investigated. The influence of the substrate bias voltage on the crystal structure, mechanical, and tribological properties before and after hydrogen exposure was studied. It was found that increasing the substrate bias voltage leads to densification of the coating. X-ray diffraction (XRD) results reveal a change from mixed fcc-CrN + hcp-Cr2N to the approximately stoichiometric hcp-Cr2N phase with increasing substrate bias confirmed by wavelength-dispersive X-ray spectroscopy (WDS). The texture coefficients of (113), (110), and (111) planes vary significantly with increasing substrate bias voltage. The hydrogen permeability was measured by gas-phase hydrogenation. The CrN coating deposited at 60 V with mixed c-CrN and (113) textured hcp-Cr2N phases exhibits the lowest hydrogen absorption at 873 K. It is suggested that the crystal orientation is only one parameter influencing the permeation resistance of the CrNx coating together with the film structure, the presence of mixing phases, and the packing density of the structure. After hydrogenation, the hardness increased for all coatings, which could be related to the formation of a Cr2O3 oxide film on the surface, as well as the defect formation after hydrogen loading. Tribological tests reveal that hydrogenation leads to a decrease of the friction coefficient by up to 40%. The lowest value of 0.25 +/- 0.02 was reached for the CrNx coating deposited at 60 V after hydrogenation. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 1017 KW - CrNx coatings KW - Physical Vapour Deposition (PVD) KW - hydrogenation KW - Tribology KW - mechanical properties KW - X-ray diffraction Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-459846 SN - 1866-8372 IS - 1017 ER - TY - THES A1 - Tchoumba Kwamen, Christelle Larodia T1 - Investigating the dynamics of polarization reversal in ferroelectric thin films by time-resolved X-ray diffraction T1 - Untersuchung der Dynamik der Polarisationsumkehr in ferroelektrischen Dünnschichten durch zeitaufgelöste Röntgenbeugung N2 - Ferroic materials have attracted a lot of attention over the years due to their wide range of applications in sensors, actuators, and memory devices. Their technological applications originate from their unique properties such as ferroelectricity and piezoelectricity. In order to optimize these materials, it is necessary to understand the coupling between their nanoscale structure and transient response, which are related to the atomic structure of the unit cell. In this thesis, synchrotron X-ray diffraction is used to investigate the structure of ferroelectric thin film capacitors during application of a periodic electric field. Combining electrical measurements with time-resolved X-ray diffraction on a working device allows for visualization of the interplay between charge flow and structural motion. This constitutes the core of this work. The first part of this thesis discusses the electrical and structural dynamics of a ferroelectric Pt/Pb(Zr0.2,Ti0.8)O3/SrRuO3 heterostructure during charging, discharging, and polarization reversal. After polarization reversal a non-linear piezoelectric response develops on a much longer time scale than the RC time constant of the device. The reversal process is inhomogeneous and induces a transient disordered domain state. The structural dynamics under sub-coercive field conditions show that this disordered domain state can be remanent and can be erased with an appropriate voltage pulse sequence. The frequency-dependent dynamic characterization of a Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3 layer, at the morphotropic phase boundary, shows that at high frequency, the limited domain wall velocity causes a phase lag between the applied field and both the structural and electrical responses. An external modification of the RC time constant of the measurement delays the switching current and widens the electromechanical hysteresis loop while achieving a higher compressive piezoelectric strain within the crystal. In the second part of this thesis, time-resolved reciprocal space maps of multiferroic BiFeO3 thin films were measured to identify the domain structure and investigate the development of an inhomogeneous piezoelectric response during the polarization reversal. The presence of 109° domains is evidenced by the splitting of the Bragg peak. The last part of this work investigates the effect of an optically excited ultrafast strain or heat pulse propagating through a ferroelectric BaTiO3 layer, where we observed an additional current response due to the laser pulse excitation of the metallic bottom electrode of the heterostructure. N2 - Ferroika haben aufgrund vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten in Sensoren, Motoren und Speichermedien in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erhalten. Das Interesse für technologische Anwendungen ist in ihren einzigartigen Eigenschaften wie Ferroelektrizität und Piezoelektrizität begründet. Um die Eigenschaften dieser Materialien zu optimieren ist es notwendig, die Kopplung zwischen ihrer Nanostruktur und der zeitabhängigen Antwort auf die Anregung zu verstehen, welcher von der Atomstruktur der Einheitszelle abhängig ist. In dieser Arbeit wird Röntgenbeugung an einem Synchrotron verwendet, um die Struktur eines ferroelektrischen Dünnschichtkondensators während eines angelegten elektrischen Feld zu beobachten. Den Kern dieser Arbeit bildet die Kombination aus elektrischen zeitaufgelösten Röntgenbeugungsmessungen an einem betriebsfähigen Kondensator, was die Visualisierung des Zusammenspiels zwischen Ladungsbewegung und Strukturdynamik ermöglicht. Der erste Teil der Arbeit befasst sich mit der elektrischen und strukturellen Dynamik einer ferroelektrischen Pt/Pb(Zr0.2,Ti0.8)O3/SrRuO3 Heterostruktur während des Ladens, Entladens und der Polarisationsumkehr. Nach der Umkehr der Polarisation bildet sich auf einer längeren Zeitskala als die RC-Zeitkonstante der Probe ein nichtlineares piezoelektrisches Signal aus. Der Umkehrungsprozess ist inhomogen und induziert einen vorübergehenden Zustand ungeordneter Domänen. Die strukturelle Dynamik mit einem angelegten elektrischen Feld unterhalb des Koerzitivfelds zeigt, dass dieser ungeordnete Zustand remanent sein kann und mit einer entsprechenden Abfolge von Spannungspulsen wieder entfernt werden kann. Die frequenzabhängige Charakterisierung der Dynamik einer Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3 Schicht mit einer Zusammensetzung, die der morphotropen Phasengrenze entspricht, zeigt, dass bei hohen Frequenzen die begrenzte Domänenwandgeschwindigkeit eine Phasenverzögerung zwischen dem angelegten Feld und dem strukturellen sowie dem elektrischen Signal verursacht. Eine externe Änderung der RC-Zeitkonstante verzögert den Schaltstrom und verbreitert die elektromechanische Hysteresekurve, während im Kristall eine höhere kompressive piezoeletrische Spannung erzeugt wird. In dem zweiten Teil dieser Arbeit wurde der reziproke Raum von multiferroischen dünnen BiFeO3 Filmen vermessen, um die Domänenstruktur zu identifizieren und die Entwicklung eines inhomogenen piezoelektrischen Signals während der Polarisationsumkehr zu untersuchen. Das Aufspalten des Bragg Reflexes ist ein Hinweis auf die Existenz von 109° Domänen. Der letzte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Effekt, den ein durch optische Anregung erzeugter ultraschneller Verspannungs- oder Wärmepuls hervorruft, der durch eine ferroelektrische BaTiO3 Schicht propagiert. Dabei wurde durch die Anregung der unteren metallischen Elektrode der Heterostruktur durch den Laserpuls ein zusätzliches Ladungssignal beobachtet. KW - ferroelectrics KW - X-ray diffraction KW - structural dynamics KW - Ferroelektrika KW - Röntgenbeugung KW - Strukturdynamik Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-427815 ER - TY - JOUR A1 - Uchida, Ryusuke A1 - Binet, Silvia A1 - Arora, Neha A1 - Jacopin, Gwenole A1 - Alotaibi, Mohammad Hayal A1 - Taubert, Andreas A1 - Zakeeruddin, Shaik Mohammed A1 - Dar, M. Ibrahim A1 - Graetzel, Michael T1 - Insights about the Absence of Rb Cation from the 3D Perovskite Lattice BT - Effect on the Structural, Morphological, and Photophysical Properties and Photovoltaic Performance JF - Small N2 - Efficiencies >20% are obtained from the perovskite solar cells (PSCs) employing Cs+ and Rb+ based perovskite compositions; therefore, it is important to understand the effect of these inorganic cations specifically Rb+ on the properties of perovskite structures. Here the influence of Cs+ and Rb+ is elucidated on the structural, morphological, and photophysical properties of perovskite structures and the photovoltaic performances of resulting PSCs. Structural, photoluminescence (PL), and external quantum efficiency studies establish the incorporation of Cs+ (x < 10%) but amply rule out the possibility of Rb-incorporation into the MAPbI(3) (MA = CH3NH3+) lattice. Moreover, morphological studies and time-resolved PL show that both Cs+ and Rb+ detrimentally affect the surface coverage of MAPbI(3) layers and charge-carrier dynamics, respectively, by influencing nucleation density and by inducing nonradiative recombination. In addition, differential scanning calorimetry shows that the transition from orthorhombic to tetragonal phase occurring around 160 K requires more thermal energy for the Cs-containing MAPbI(3) systems compared to the pristine MAPbI(3). Investigation including mixed halide (I/Br) and mixed cation A-cation based compositions further confirms the absence of Rb+ from the 3D-perovskite lattice. The fundamental insights gained through this work will be of great significance to further understand highly promising perovskite compositions. KW - cation miscibility KW - cesium cation KW - perovskite solar cells KW - rubidium cation KW - X-ray diffraction Y1 - 2018 U6 - https://doi.org/10.1002/smll.201802033 SN - 1613-6810 SN - 1613-6829 VL - 14 IS - 36 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim ER -