Theoretical and experimental investigation of structural gradients in ferroelectric and ferroelastic domain walls as well as their influences on the nanometer scale

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Ziel dieses Projektes ist die experimentelle Erfassung und theoretische Modellierung der durch Domänenwände und Grenzflächen in Ferroelektrika induzierten Strukturgradienten bis hinunter zur atomaren Skala. Die in ferroelektrischen und ferroelastischen Domänenwänden vorhandenen mechanischen Verzerrungen äußern sich in hohen lokalen Anisotropien der elektronischen Struktur und der daraus ableitbaren optischen, elektronischen und mechanischen Eigenschaften auf der Nanometerskala. Mit Hilfe speziell entwickelter Methoden der Rastersondenmikroskopie (kombiniertes UHV STM/AFM, Kelvinkraftmikroskopie zur Oberflächenpotentialmessung, optische Nahfeldmikroskopie (A-SNOM, SSNOM, Nano-Raman und Weißlichtspektroskopie)) sollen solche lokale elektronische und optische Gradienten bis hinunter zur atomaren Dimension an und unter der Oberfläche untersucht und mit atomistischen quantenmechanischen Berechnungen verglichen werden. Als theoretischer Ansatz wird ein atomistisches Modell unter Einbezug zeitabhängiger Störungsrechnung verwendet. Unter Berücksichtigung der Dipol-Dipol-Wechselwirkung lassen sich so die auf einzelne Ionen (Atome) wirkenden lokalen elektrischen Felder berechnen. Damit sind Aussagen über den lokalen Brechungsindex, seine Anisotropie, die dielektrische Spontanpolarisation und weitere optische Effekte mit atomarer Genauigkeit möglich.