Magnetismus und Gitterdynamik in festen Sauerstoffphasen und ihre Abhängigkeit von Hochdruck und tiefer Temperatur

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Molekülkristalle gelten in der Festkörperphysik als Modellsysteme, um harmonische/anharmonische Gitterdynamik, Ordnungs-/Unordnungsphänomene, Phasenübergänge etc. zu modellieren und moleküldynamische Methoden zu testen. Innerhalb der Klasse einfacher Molekülkristalle nimmt fester Sauerstoff eine Sonderstellung ein, da das Molekül ein kleines elektrisches Quadrupolmoment und ein magnetisches Moment besitzt; desweiteren tiefliegende elektronische Niveaus. Eine der Besonderheiten von Sauerstoff ist dabei das Wechselspiel dieser Molekülmomente, das letztendlich die Stabilität verschiedener Kristallstrukturen ausmacht. Eine zweite Besonderheit stellt die Tatsache dar, daß die Tieftemperaturphase von Sauerstoff der ideale homonukleare Antiferromagnet ist; einige Phasen bei höherer Temperatur sind ebenfalls magnetisch mit verschiedener Dimensionalität. Die dritte Besonderheit ist die Änderung des elektronischen Grundzustandes bei relativ niedrigen Drücken. Aufgrund dieser besonderen Moleküleigenschaften ist es daher für die Festkörperphysik - speziell dem Magnetismus - und für die Festkörperchemie von grundlegendem Interesse, zu verstehen, wie und weshalb sich die Eigenschaften von Sauerstoff infolge Druck und Temperatur ändern.Trotz 30 Jahre Forschung gibt es zur Zeit keine vollständige Antwort auf all diese Fragen, weil die existierenden experimentellen Daten einerseits unvollständig, andererseits widersprüchlich sind und theoretische Betrachtungen oft nur Detailfragen beantworten. Ziel des Projektes ist es, ein möglichst vollständiges, abgerundetes Bild darüber, mit Hilfe systematischer optischer Studien der kondensierten Phasen des Sauerstoffes als Funktion von Druck (0-50 GPa) und Temperatur (10-300 K) und mit Hilfe komplexer theoretischen Untersuchungen, zu gewinnen.