Kontrollierte Einstellung der Atomstruktur in Funktionsmaterialien durch akustische Wellen und elektrische Felder

• Antragsteller: Professor Dr. Matthias Zschornak
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409743569

Aktive Forschung auf dem Gebiet der kondensierten Materie und der Nanotechnologie führte nicht nur zu bedeutenden Fortschritten im Verständnis der Mechanismen der Bildung elektrischer Polarisation und magnetoelektrischer Phänomene, sondern zeigte auch die Möglichkeiten auf, neue Klassen von Bauelementen zu schaffen, die auf einer Kombination magnetoelektrischer und piezoelektrischer Eigenschaften basieren. Makroskopische Eigenschaften wie Multiferroismus und Piezoelektrizität sind mit lokalen Strukturveränderungen verbunden, die unter dem Einfluss äußerer Störungen auftreten. Die Schlüsselfähigkeit, solche Verschiebungen zu kontrollieren, erfordert eine sorgfältige Untersuchung ihres Zusammenhangs mit den Parametern externer Felder und ist eine grundlegende Aufgabe. Da die durch äußere Einflüsse hervorgerufenen Strukturänderungen auf atomarer Ebene sehr geringfügig sind, erfordert dies Methoden zur Bestimmung atomarer Verschiebungen mit hoher Genauigkeit. Neue Möglichkeiten ergaben sich erst kürzlich durch die innovative Methode der deutschen Co-Autoren (C. Richter et al., Nature Communications 2018), die es erlaubt, atomare Verschiebungen mit Pikometergenauigkeit mittels resonanter Beugung von Synchrotronstrahlung zu bestimmen. In diesem Projekt wird vorgeschlagen, die Transformationen in den Strukturcharakteristiken einer Reihe von Piezoelektrika und Multiferroika zu untersuchen, die durch stehende akustische Wellen und elektrische Felder angeregt werden. Hierfür wird vorgeschlagen, eine neue Methode zu entwickeln, die auf dem Auftreten verbotener Bragg-Beugungsreflexen unter Verwendung der Resonanten Röntgendiffraktometrie von Synchrotronstrahlung und deren Verstärkung durch Interferenzeffekte basiert.Es wird erwartet, dass die Ergebnisse einerseits einen besseren Einblick in die Mechanismen geben, die die atomaren Verrückungen in funktionellen Materialien unter dem Einfluss äußerer physikalischer Felder steuern, was für eine Reihe von Materialien wie z.B. LiNbO3/LiTaO3, Li2B4O7, Fe2Mo3O8, GaN, ZnO, RbH2PO4, BiFeO3, BaTiO3 und die MFP-Phase in SrTiO3 veranschaulicht wird, sowie andererseits quantitative Informationen über die Abhängigkeit lokaler Atomverschiebungen von der Amplitude und Frequenz akustischer Wellen liefern. Darüber hinaus werden neue Methoden zur kontrollierten und reversiblen Transformation von Strukturparametern in Funktionsmaterialien und neue Experimentiereinrichtungen zur Verfügung gestellt, die sowohl mit konventionellen Röntgenquellen als auch mit Messstationen in Synchrotronstrahlungseinrichtungen auf dem neusten Stand der Technik kompatibel sind. Die erzielten Ergebnisse können die Palette der funktionellen Materialien erheblich erweitern und können direkt in modernen technologischen Anwendungen eingesetzt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research