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Projekt
Korrelation von Struktur und Energielandschaft mobiler Ionen in Perowskit Oxid Grenzflächen
Antragsteller
Professor Dr. Christian Jooss
Fachliche Zuordnung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung seit 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428906592
Die Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses, wie die Kristallstruktur, Punktdefekte und ausgedehnte Defekte die Energielandschaft für die Ionenmigration beeinflussen, ist für viele Anwendungen von Perowskitoxiden von großer Bedeutung. Dabei steht die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der atomaren und chemischen Struktur von Korngrenzen, ihrer Raumladungszonen und den Platzenergien bzw. Aktivtierungsbarrieren der Ionen im Zentrum dieses Projektes. In der zweiten Phase dieses Teilprojekts innerhalb der Forschungsgruppe „Energielandschaften und Struktur in ionenleitenden Festkörpern“ (ELSIC) soll dieser Zusammenhang an weiteren Typen von Korngrenzen (KG) im Modellsystem SrTiO3 und darüber hinausgehend an KG des Festkörperelektrolyts La0.6Sr0.4Mn1-dO3 untersucht werden. Im Projekt steht die hochauflösende analytische Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) im Zentrum, insbesondere Raster Transmissionselektronenmikroskopie (STEM), Impuls-aufgelöste (MR)-STEM zur Messung elektrischer Felder und ortsaufgelöste spektroskopische Techniken (EDX, EELS). Die in der ersten Förderperiode erzielten Ergebnisse zeigen einen großen Einfluss der Punktdefektkonzentration auf die Volumendiffusion sowie einen komplexen Zusammenhang zwischen Korngrenzentyp (symmetrisch, asymmetrisch) und chemischer Struktur der Korngrenze, und damit auf Platz- und Migrationsenergien von Ionen. Diese für Anwendungen enorm wichtigen Zusammenhänge sollen daher unter Einbeziehung weiterer symmetrischer und asymmetrischer SrTiO3 Bikristalle, weiterer Kippwinkel zwischen 6° und 30° sowie neu auch von Korngrenzen und Heterogrenzflächen in gesputterten bikristallinen Titanat und Manganat Filmen mit hoher Punktdefektkonzentration untersucht werden. Die Diffusionsprofile parallel und senkrecht zur Korngrenze sowie Volumendiffusion werden in Zusammenarbeit mit der AG Weitzel in P1 mittels Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) bestimmt. Ein detailiertes Verständnis der Zusammenhänge zwischen Struktur und Chemie der Grenzflächen entsteht durch korrelative Mikroskopie mittels unserer TEM Untersuchungen und tomographische Atomsonde (APT) in der AG Volkert, P3. Das erlaubt in Zusammenarbeit mit der AG Jacob in P6 die theoretische Berechnung der Platzenergien mittels ab-initio Methoden für die Bestimmung der Energielandschaft und somit eine Deutung der Diffusionsexperimente. In der neuen Zusammenarbeit mit der AG Gottfried (P8) wird mittels HAXPS Ladungszustände der diffundierenden Ionen und Diffusion an Heterogrenzenflächen untersucht. Neu ist auch die Einbeziehung des des Einflusses von Versetzungen auf die Energielandschaft. Das Projekt wird daher im Forschungsverbund durch Kombination fortgeschrittener TEM Methoden einen zentralen Beitrag zum Verständnis des Einflusses von Defekten einschließlich ihrer elektrischer Felder auf die Energielandschaft in Perowskit Oxiden erbringen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
