Bindungsselektive von Struktur-Response in ternären piezoelektrischen Kristallen unter dem Einfluss eines externen elektrischen Feldes

• Antragsteller: Professor Dr. Ullrich Pietsch
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2001 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5319842

Nachdem die Valenzelektronendichte (VED) der überwiegend kovalent gebundenen Halbleiter Silizium, Germanium und GaAs in hinreichender Genauigkeit verifiziert wurde, verspricht die Messung der VED Response auf ein äußeres elektrisches Feldes neuartige Aussagen zur elektronischen Abschirmung des Festkörpers. Dazu wurde eine Messapparatur aufgebaut, die mit Hilfe von Synchrotronstrahlung Differenzmessungen röntgenographischer Strukturamplituden mit und ohne eingeschaltetem externen Feld mit einer Genauigkeit besser als 1 % zulassen. Die Methode wurde erfolgreich auf GaAs und ZnSe angewendet. Ziel des vorliegenden Projektes ist die Anwendung der o.g. Technik auf die Untersuchung der E-Feld-induzierten VED-Response der piezoelektrischen Kristalle a-SiO2, a-GaPO4 und a-AlPO4. a-GaPO4 zeigt im Vergleich zu Quarz eine zweimal größere Piezokonstante und eine höhere Temperaturstabilität als Quarz. Erste Messungen haben gezeigt, dass das in der Literatur verbreitete Ionenmodell nicht zur Erklärung der Experimente ausreicht. Vielmehr hängt die EFeld induzierte Verrückung der Atome in der Elementarzelle offenbar von der Ionizität der lokalen Bindung ab. Die im Projekt zu untersuchunden Kristalle weisen eine breite Variation der lokalen Bilndungsstärke auf und erlauben somit eine Verifikation der genannten Hypothese. Konkret sollen bindungssensitive Reflexe pro Verbindung bei externen Feldstärken bis zu 3 kV/mm und bei mindestens verschiedenen Temperaturen mittels Synchrotronstahlung gemessen werden. Die E-Feld induzierten Verschiebungen sollen im Rahmen eines phänomenologischen Strukturmodells um mittels für a-ab-initio Rechnungen im Rahmen der Dichte-Funktionaltheorie (WIEN97) interpretiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen