Ultraschnelle Umverteilung elektronischer Ladung in ionischen Kristallen mittels Femtosekunden-Röntgenbeugung

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Michael Wörner
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 167525002

Ziel des Projektes ist es, die fundamentalen, mikroskopischen Mechanismen zu verstehen, welchen ultraschnellen Atombewegungen und Elektronentransferprozessen in kristalliner Materie unterliegen. Als wissenschaftliches Hauptziel wollen wir eine genaue räumliche Charakterisierung (mit atomarer Auflösung) der sogenannten "soft mode" Phononen in "displacive" Ferroelektrika vornehmen. Die "soft mode" ist ein komplexes Zusammenspiel von Atombewegungen und elektronischen Ladungstransferprozessen. Sie stellt eine Art Vorläufer des Phasenübergangs dar, welcher schon die symmetriebrechenden Veränderungen der Elektronendichte vorweg nimmt. In den geplanten Experimenten wollen diese Veränderungen mit Femtosekunden-Röntgenbeugung mittels der Rotationsmethode studieren.Hierzu werden wir eine neue Detektoren-Station aufbauen, die uns erlauben wird, gleichzeitig 12 equivalente Röntgenreflexe zu messen. Unsere geplanten Experimente basieren auf einer Kombination aus einer Laser-getriebenen Quelle für harte Röntgen-Impulse und einer Terahertz-Quelle zum Anlegen hoher elektrischer Felder an den Kristall. Diese Methode erlaubt sowohl anisotrope Veränderungen der Atompositionen als auch Elektrontransferprozesse zu studieren. Beides wird zu einem besseren Verständnis des Ferro- zu Paraelektrischen Phasenübergangs beitragen. In einer zweiten Serie von Experimenten wollen wir die quasi-instantane Deformation der Elektronendichte in ionischen Kristallen aus leichten Elementen untersuchen (z. B. LiBH4, LiH, LiOH, NaBH4 etc.). Die Messung vieler equivalenter Reflexe mittels der Rotationsmethode wird neue experimentelle Einsichten in die Elektronenkorrelation des Grundzustandes dieser Materialien liefern. Bei Anlegen eines starken Terahertz- statt eines optischen Feldes wollen wir die relativen Beiträge von Ionenbewegungen gegenüber elektronischen Ladungstransferprozessen zur makroskopischen Polarisation bestimmen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Detektorendstation für Rotationsmethode
• Gerätegruppe: 4050 Meßelektronik und Zubehör für Röntgengeräte