Strukturbildung und Stickstoffeinbau in 12CaO.7Al2O3

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Das reaktive DC-Magnetron-Sputtern erlaubt die gezielte Substitution von Sauerstoffanionen durch Stickstoffionen bei niedrigen Substrattemperaturen. Diese Option soll in diesem Projekt genutzt werden, um neuartige Materialien durch Einbau von Stickstoff und Silber in 12CaO¿7Al2O3 zu entwickeln. Dieses Oxid bildet Nanokäfige, die sich mit Atomen, Ionen und einzelnen Elektronen füllen lassen, sodass sich ungewöhnliche Eigenschaften wie optische Transparenz bei gleichzeitiger metallischer Leitfähigkeit, aber auch ionische Leitfähigkeiten realisieren lassen. Bisher wurden von verschiedenen Arbeitsgruppen Volumenproben dieses Materials hergestellt. Ziel unserer Arbeiten ist es, ein Präparationsverfahren für dünne Schichten dieser Verbindung zu entwickeln und die Nanokäfige des Oxids dabei mit unterschiedlichen Atomen zu füllen bzw. den Sauerstoff durch Stickstoff zu substituieren. Dabei sollen die atomaren Mechanismen der Substitution aufgeklärt werden, um Strategien zur Herstellung gut definierter Stöchiometrien und damit Eigenschaften zu realisieren. Im Mittelpunkt der geplanten Charakterisierung der Materialien stehen die optischen und elektronischen Eigenschaften der substituierten Oxide. Unsere Messungen sollen helfen, die atomistischen Ursachen der Materialeigenschaften zu klären. Von besonderer Wichtigkeit ist dabei das Verständnis der Wechselwirkung des Elektronentransportes mit den vibronischen Freiheitsgraden der Nanokäfige (Elektron-Phonon-Kopplung). Wenn sich diese Kopplung durch unterschiedliche Substitutionen modifizieren lässt, könnten elektronische Eigenschaften der Materialien über die Stöchiometrie maßgeschneidert werden.