Höchstauflösende Charakterisierung substituierter Oxide und Nitride mit dynamischer Kraftmikroskopie

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Reichling
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2002 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5382413

Das Projekt befasst sich mit der Charakterisierung der Struktur und Komposition substituierter Oxide und Nitride, wobei die dynamische Kraftmikroskopie zur direkten, höchstauflösenden Abbildung eingesetzt werden soll. Mit Kelvin-Probe-Mikroskopie sollen inhomogene Ladungsverteilungen abgebildet werden, welche allgemein auf den zu untersuchenden Isolatorkristallen auftreten, durch die Substitution aber auch wesentlich beeinflusst werden können. Das Projekt verfolgt zwei übergeordnete Ziele, erstens soll die Realstruktur an der Oberfläche substituierter Einkristalle und dünner Filme bestimmt werden, und zweitens sollen Techniken zur chemischen Identifizierung von Substituenten auf Größenskalen bis hinab zur atomaren Auflösung entwickelt werden. Die Experimente sollen begleitet werden von theoretischen Modellrechnungen zur Beschreibung des kraftmikroskopischen Abbildungsprozesses, die im Rahmen von Kooperationen, mit der Arbeitsgruppe um A. L. Shluger vom University College London und weiteren Theoriearbeitsgruppen im Ausland durchgeführt werden sollen. Die strukturellen Untersuchungen sollen klären, in welcher Weise das Kristallgitter an der Oberfläche durch die Substitution auf der atomaren Skala (z. B. Rekonstruktion) und auf der mesoskopischen Skala (z. B. Modulation, Clusterbildung, Ausscheidungen) verändert wird. Die dynamische Kraftmikroskopie soll aber auch zur chemischen Identifizierung atomarer Spezies eingesetzt werden. Hiermit soll geklärt werden, ob die Substitution homogen erfolgt oder Anreicherungen auftreten und ob sich der Substitutionsgrad an der Oberfläche von dem im Volumen unterscheidet. Auch die chemische Abbildung soll für die Abbildung sowohl auf der mesoskopischen als auch auf der atomaren Skala entwickelt werden, um Modulationen und Inhomogenitäten direkt sichtbar zu machen. Geplant sind Untersuchungen an ausgewählten binären und ternären Oxiden und Nitriden mit verschiedenem Grad an Kationen- und Anionensubstitution. Diese repräsentieren zu einem Teil einfache Modellsysteme, an denen die Methodik entwickelt werden kann, zum anderen Teil komplexere Systeme, bei denen die untersuchten Eigenschaften für Anwendungen von Bedeutung sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen