The Electronic Structure of TiO2, VO2 and Related Transition-Metal Oxides: A Joined Electron-Density Study of Materials in Position, Momentum and Phase Space.

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Die quantenmechanisch vollständige Einelektronen-Information über eine Probe ist in derEinelektronen-Dichtematrix (OEDM) γ(r′,r″) enthalten; die elektronische Ortsdichte ρ(r) =γ(r,r) ist ihre Diagonale. Der Außerdiagonalteil der OEDM enthält Information, die sichvöllig von der Information der Ortsdichte unterscheidet, nämlich die Vorzeichen und dieReichweite der Phasenkohärenz im elektronischen System. Mit der Ausnahme klassischerlangreichweitiger Coulomb-Wechselwirkungen ohne elektronische Überlappung werden dasVorhandensein und die Natur der chemischen Wechselwirkungen zwischen Atomen oderFragmenten (kovalente Bindung/Antibindung, ‘sterische’ Abstoßung, Komplexbildung,Wasserstoffbrücken, zwischenmolekulare Wechselwirkungen etc.) durch außerdiagonaletopographische Charakteristika (wie Berge, Tröge, Hänge, Sättel) widergespiegelt, die an denSchnittpunkten atomarer Ortskoordinaten zentriert sind und Amplituden besitzen, welche mitden vollen atomaren Valenzelektronendichten vergleichbar sind. Der Außerdiagonalteil derOEDM ist experimentell mittels Compton-Streuung als eine Projektion zugänglich (reziprokerFormfaktor B(s)). Darüber hinaus lässt sich durch Kombination gemessener ρ(r) und B(s)sogar die gesamte OEDM rekonstruieren. Auf der Basis der Erfahrung zweierForschergruppen hat das Projekt zum Ziel, für die zwei Materialien TiO2 und VO2 mit ihrenvielseitigen physikalischen, chemischen und technischen Eigenschaften genaue ρ(r) (mittelsRöntgenbeugung und — für eine besonders hohe Genauigkeit als weiterer Besonderheit imRahmen dieses Schwerpunktprogramms — mittels Konvergentstrahl-Elektronenbeugung[CBED]) und B(s) zu messen sowie ihre OEDM zu rekonstruieren und zu analysieren. DieErgebnisse für die zwei Materialien sollen ergänzt werden durch analoge Untersuchungen desverwandten Oxids Cu2O, das zusätzlich die Besonderheit zweier chemisch formal nichtverbundener Teilgitter aufweist. Schließlich werden eingehende theoretische Berechnungenzu allen drei Systemen das Projekt weiterhin ergänzen.