Polarisationsinduzierte Oberflächenfunktionalität an Ferroelektrika

• Antragsteller: Professor Dr. Lukas M. Eng; Professor Dr. Gotthard Seifert
• Fachliche Zuordnung: Glas und Keramik und darauf basierende Verbundwerkstoffe
• Förderung: Förderung von 2003 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5413364

Die atomistische Polarisation in ferroelektrischen Systemen soll kontrolliert von der Millimeter- bis zur sub-Nanometerskala manipuliert werden, um die lokale Adsorption elektronischer Strukturen und deren Integration in einem funktionellen Bauelement zu induzieren und damit die chemische Reaktivität zu beeinflussen. Aufgrund des lokal veränderten Raumladungsfeldes tritt eine präferenzielle Wechselwirkung des Adsorbates (Moleküle etc.) zu positiv oder negativ geladenen Domänen auf. Das Domänenmuster, welches für die Adsorption relevant ist, wird makroskopisch über eine holographisch optische Belichtung induziert, während die nanoskalige Kontrolle mit Hilfe lokaler elektrischer Felder ausgehend von Rastersondenspitzen erreicht wird. Damit sollen an vordefinierten Positionen bis auf die sub-Nanometerskala genau präferenziell metallische Strukturen (Nanopartikel) aber auch organische Moleküle, etc. an den hier verwendeten oxidischen Templaten (Bariumtitanat) entweder aus der Lösung oder durch Adsorption aus der Gasphase abgeschieden werden. Ebenfalls ist auch eine nachträgliche Bedeckung metallischer Strukturen mit anderen Spezies (z.B. organischen Molekülen) im Sinne eines supramolekularen Aufbaus möglich. Durch Repetition des Prozesses (seriell, parallel) können komplette Strukturen mit Nanometerkontrolle in Halbleitern, Metallen oder auch von funktionellen organischen Molekülen generiert und auf dem ferroelektrischen Templat integriert werden, welche aber direkt makroskopisch elektrisch ankoppelbar sind. Ziel der experimentellen Arbeiten ist der Aufbau eines elektronischen niedermolekularen organischen Feldeffekt-Transistor (O-FFET), welcher über ein elektrisches Feld an der Gegenelektrode des ferroelektrischen Templates in seiner I-V-Charakteristik gesteuert werden kann. Hierzu sollen die theoretischen Vorarbeiten zum Transport in organischen Systemen mit einer auf der Dichtefunktionaltheorie basierenden Tight-Binding-Methode und einer Greens-Funktionen-Technik auf die hier verwendeten Strukturen und Materialien im O-FFET übertragen werden, um so das physikalische Grundverständnis des elektronischen Transports entlang organischer molekularer Strukturen unter Anwesenheit eines elektrischen Feldes zu erlangen. Im weiteren ist in Übereinstimmung mit den experimentell gewonnenen Erkenntnissen über die lokale Potenzialverteilung und Kraftwechselwirkung eine theoretische Modellierung der Wechselwirkung einzelner organischer bzw. metallischer Partikel mit der in der atomaren Polarisation modifizierten Grenzfläche des Ferroelektrikums nötig.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1157: Integrierte elektrokeramische Funktionsstrukturen
• Beteiligte Person: Professorin Dr. Sibylle Gemming