Domänenwände in LNT Mischkristallen

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

Der vorliegende Antrag beschreibt ein Teilprojekt der Forschungsgruppe "Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden", die sich der Korrelation von Defektstruktur, Elektronen- und Ionentransport sowie elektromechanischen Eigen¬schaften anhand des Modellsystems Lithiumniobat-Lithiumtantalat (LiNb1-xTaxO3, LNT) widmet. Das vorliegende Teilprojekt konzentriert sich dabei ganz auf die Eigenschaften von Domänenwänden in den LNT Mischkristallen, welche in jedem ferroischen System zur Minimierung der Gesamtenergie auftreten. Größe, Dimen¬sionalität, chemische Zusammensetzung, etc. von Domänen und Domänenwänden spielen hier eine entscheidende Rolle und müssen akkurat bestimmt werden. Insbesondere erwarten wir, neuartige Eigenschaften der Domänenwände zu finden, wie z.B. steuerbare elektronische Leitfähigkeiten, variable optische Brechungsindices, oder auch ungeahnte ferroelektrische Topologien. Dielektrische und elektronische Eigenschaften sollen makroskopisch mittels Hysterese Analysen zur Bestimmung der integralen Koerzitivfelder, der Spontanpolarisation und dem Leckstromverhalten für ausgewählte Stöchiometrien bestimmt werden. Zentrales Augenmerk dieser elektronischen Arbeiten sind aber die Transporteigenschaften entlang einzelner Domänenwände im Vergleich zum Bulk; hier kommen sowohl Hall-Transportmessungen als auch Wechselstromleitfähigkeitsmessungen zum Einsatz, die einerseits Aufschluss über Ladungsträgertyp, Ladungsträgerkonzentration und deren Mobilitäten erlauben, andererseits aber direkt einen neuartigen Zugang zur Quantifizierung und Identifikation von lokalen Defekten liefern. Parallel zu den elektrischen/elektronischen Untersuchungen nutzen wir in diesem Teilprojekt dezidierte, optische Methoden wie die µ-Raman-Spektroskopie, die Second-Harmonic-Mikroskopie/Polarimetrie und die Fluoreszenzmikroskopie für die nichtinvasive, komplementäre Analyse von Domänen und Domänenwänden. Wir erwarten hier neue Einblicke in die chemischen, strukturellen und dielektrischen Eigenschaften der LNT Mischkristalle zu gewinnen, speziell auch direkt an den Domänenwänden, wo sich aufgrund möglicher topologischer Eigenschaften die lokalen elektrischen Felder und damit die lokalen tensoriellen Abhängigkeiten in diesen polaren Mischkristallen massiv ändern können. Auch sollen die LNT-Mischkristalle gezielt dotiert werden, was sich direkt in deren elektronischer und optischer Signaturen zeigen wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5044: Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden
• Großgeräte: Optischer Kryostat (Closed Cycle)
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Mitverantwortlich: Dr. Michael Ruesing