Domain, formation and chemical identification on the nanometer scale of anionic and kationic substituted Perowskites

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Ausgehend von den gut studierten Perowskiten wie dem BaTiO3 (BTO) verfolgt dieses Projekt das Ziel, die partielle chemische Substitution sowohl von Anionen als auch Kationen in diesem Kristall bis hinunter zur atomaren Skala chemisch und morphologisch zu charakterisieren. Gleichzeitig soll deren Einflüsse auf die optischen Eigenschaften (Brechungsindex, Anisotropie) sowie der Formation von polaren Domänen (dielektrische Polarisation, Oberflächenladung) erfasst werden. Dabei ist ein Vergleich zwischen Experiment und Theorie angestrebt: Während die experimentellen Abklärungen mit Hilfe der Rastersondenmethoden (Kraftmikroskopie, PFM, Tip-SERS) bei verschiedenen Temperaturen und der optischen Spektroskopie durchgeführt werden, soll der theoretische Ansatz zur quantenmechanischen Berechnung der Polarisierbarkeit einzelner Atome aus der Dipol-Dipol-Wechselwirkung verwendet werden. Damit können theoretische Aussagen über den lokalen Brechungsindex, seine Anisotropie, die dielektrische Polarisation und weitere optische Effekte auf atomarer Skala gewonnen werden. Das bereits an eindomänigen Systemen erprobte Modell soll auf substituierte Systeme angewandt werden. Insbesondere kann sowohl der Effekt eines einzeln substituierten Atoms in einem Wirtsgitter als auch die komplette Substitution berechnet werden. Für beide Fälle ist die Kenntnis von Strukturdaten notwendig. Als Systeme sollen ausgehend vom BTO Kationen- und Anionen-substituierte Systeme wie die Klasse der Ba(Pb,Bi,Sb,Sn)(O,Se,S)3-x sowie die in Zusammenarbeit über PLD aus BTO im Ammoniak-Gas substituierten Kristalle betrachtet werden. Die in diesem Projekt erfolgten elektronischen und optischen Abklärungen zielen darauf ab, mögliche weitere Systeme für den Einsatz in der Optoelektronik (Wellenleiter, optische Vergütung, schaltbare Reflektoren etc.) zu finden.