Experimentelle und theoretische Aufklärung der Strukturbildung ionischer Festkörper am Beispiel der binären Halogenide der zweiten Hauptgruppe

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Grundlage einer systematischen Durchdringung eines chemischen Systems ist die Kenntnis seiner Energielandschaft. Die Minima und lokal ergodischen Regionen der Landschaft entsprechen thermodynamisch stabilen und metastabilen Verbindungen einschließlich ihrer polymorphen Modifikationen. Ihre Barrierenstruktur beschreibt die kinetische Stabilität dieser Verbindungen und zeigt mögliche Syntheserouten auf. Eine rationale Syntheseplanung entspricht also einem gezielten Ansteuern dieser Minima, und eine erfolgreiche Umsetzung einer solchen zielgerichteten Synthese erfordert die Kontrolle der Strukturbildungsprozesse, insbesondere der Initialschritte Keimbildung und Wachstum der erwünschten Phase. Das Ziel unseres Forschungsprojektes ist die Aufklärung und das Verständnis der Primärschritte der Strukturbildung vor allem bei der Darstellung metastabiler Festkörper, mit dem Fernziel der Kontrolle der ablaufenden Prozesse. Als konkretes Beispiel ist die Untersuchung der Kristallisation der Halogenide der zweiten Hauptgruppe geplant. Dabei werden die Halogenide auf einem gekühlten Substrat zunächst abgeschieden und die Ausbildung kristalliner Strukturen bei langsamer Temperaturerhöhung verfolgt. Für das Verständnis dieser Vorgänge auf atomarer Ebene ist eine theoretische Durchdringung unverzichtbar. Vier Hauptschritte sind bei der Modellierung zu berücksichtigen: die Generierung der Gasphase durch Verdampfung der Ausgangssubstanz, die Abscheidung auf dem Substrat aus der Gasphase, die Umlagerung der Atome auf dem Substrat und innerhalb des amorphen Präparats, welche schließlich zur Bildung und Wachstum der Keime der stabilen und metastabilen kristallinen Modifikationen führt. Komplementär sind in-situ Untersuchungen dieser Teilschritte mit verschiedenen Sonden (TEM, in-situ XRD und Ramanstreuung, etc.) erforderlich, sodass eine Verzahnung und gegenseitige Validierung von theoretischer Modellierung und experimenteller Beobachtung der Primärschritte gewährleistet ist.