Steuerung nichtlinearer Selbstlokalisierungsphänomene stark koppelnder Ladungsträger in LiNb_(1-x)Ta_xO_3 (LNT) - Mischkristallen

• Antragsteller: Professor Dr. Mirco Imlau
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426703838

Der Antrag ist Teil der Forschungsgruppe 'Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden', die sich der Korrelation von Defektstruktur, Elektronen- und Ionentransport sowie elektromechanischen Eigenschaften anhand des Modellsystems Lithiumniobat-Lithiumtantalat (LiNb_(1-x)Ta_xO_3, LNT) widmet. Der Schwerpunkt dieses Teilprojektes ist die Wechselwirkung von stark koppelnden Ladungsträgern mit (i) den strukturbezogenen, atomistischen Eigenschaften des Mischkristallsystems, (ii) den dielektrischen und strukturellen Eigenschaften ferroelektrischer Domänenwände und (iii) den Transporteigenschaften ionischer Diffusion bei erhöhten Temperaturen. Das Projekt zielt damit auf die Bearbeitung der Frage nach der Rolle von strukturellen, elektronischen und ionischen Eigenschaften bei Selbstlokalisierungsmechanismen in dielektrischen, oxidischen Festkörpermaterialien im Allgemeinen. Spezifisch für das Mischkristallsystem LNT wird erwartet, dass mit der erweiterten Kenntnis Möglichkeiten für eine maßgeschneiderte Kontrolle der Selbstlokalisierung von Ladungsträgern durch Einstellung des Mischungsverhältnisses, durch Domänenstrukturierung und Temperatur erarbeitet werden können. Aus anwendungsbezogener Sicht, bspw. der nichtlinearen Photonik bzw. Nano-Optoelektronik, ist hiermit die Frage nach Möglichkeiten zur umfangreichen Steuerung von (nicht-)linear optischen und elektronischen Eigenschaften verbunden. Die Bearbeitung dieser Zielsetzung erfordert aus methodischer Sicht (a) die systematische Anwendung etablierter Methoden der nichtlinear optischen, zeitaufgelösten Spektroskopie im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich auf Zeitskalen von sub-Pikosekunden bis in den Sekundenbereich, (b) deren Erweiterung um den Aspekt ortsaufgelöster Studien auf der Mikrometer-Längenskala und (c) deren Anwendung bei Temperaturen oberhalb von Raumtemperatur. Hiermit verbunden ist die korrelative Zusammenführung der nichtlinear optischen Weitfeld- und Konfokalmikroskopie mit der Anrege-Abfrage-Spektroskopie sowie dem Einbau einer im Sauerstoffgehalt kontrollierbarenTemperaturzelle. Die experimentellen Ergebnisse an LNT Kristallen unterschiedlicher Komposition und Dotierung, ferroelektrisch monodomänigen oder periodisch gepolten Kristallproben, sollen mit numerischen Modellrechnungen zur Dynamik von Selbstlokalisierungs-, Transport- und Rekombinationsprozessen in dielektrischer Umgebung mit Kompositionsgradienten, erweitertem Phononenspektrum, Gitterdefekten, Domänenwänden und ionischer Diffusion nachvollzogen werden. Mittels Abgleich mit atomistischen Modellrechnungen sowie statistischen Transportmodellen soll ein Zusammenhang zwischen materialspezifischen, experimentellen und nichtlinear optischen bzw. elektronischen Parametern erarbeitet werden. Das Teilprojekt endet mit dem Aufzeigen von Steuerungsmöglichkeiten nichtlinear optischer, elektronischer und elektromechanischer Eigenschaften auf Basis der Selbstlokalisierung von Ladungsträgern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5044: Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden
• Internationaler Bezug: Ungarn
• Kooperationspartner: Professor Dr. László Kovács