Teilprojekt 5

TP5

Maßgeschneiderte Domänenstruktur in LiNb1-xTaxO3-Mischkristallen

Das Teilprojekt 5 widmet sich der Herstellung von maßgeschneiderten ferroelektrischen Domänenstrukturen im Modellsystem Lithium-Niobat-Tantalat mittels elektrischer Feldpolung. Strukturierte ferroelektrische Domänen bilden die funktionelle Grundlage für viele Anwendungen in ferroelektrischen Materialien, die von der nichtlinearen und Quantenoptik, der Oberflächenstrukturierung, über Piezotronik bis in die Elektronik reichen. Die zuverlässige und reproduzierbare Fabrikation von homogenen Domänenstrukturen setzt dabei ein umfassendes Verständnis der zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen des Polungsprozesses über den kompletten Kompositionsbereich des Mischkristallsystems voraus. Für die Domänenstrukturierung im Modellsystem ergeben sich einerseits neue Herausforderungen aufgrund von Defekten und lokalen Variationen der Nb/Ta-Stöchiometrie, andererseits verspricht die Polung im Modellsystem möglicherweise neue Möglichkeiten der Kontrolle über die Domänenstruktur.

Die Strukturierung der ferroelektrischen Domänen wird mittels elektrischer Feldpolung bei Raumtemperatur erreicht. In Verbindung mit standardlithographischen Methoden zur Oberflächenstrukturierung oder der lokalen UV-Bestrahlung erlaubt dieses Verfahren die flexible zweidimensionale Strukturierung von maßgeschneiderten Domänenstrukturen für unterschiedliche Einsatzzwecke. Um ein geschlossenes Bild der Polungseigenschaften zu erhalten, soll sowohl die Domänenbildung auf polaren (c-Flächen), als auch nicht-polaren Flächen (a- und b-Flächen) untersucht werden. Um die physikalischen Mechanismen der Polung zu analysieren, werden verschiedene komplementäre Analysemethoden genutzt, wie die nichtlineare Mikroskopie, die Piezoantwort-Mikroskopie, die optische Polarisationsmikroskopie oder die μ-Raman-Spektroskopie. Diese Methoden erlauben sowohl die Bestimmung polungsrelevanter Materialparameter des Modellsystems, wie Koerzitivfeldstärken oder Domänenwandgeschwindigkeiten, als auch die Analyse des Einflusses von Defekten oder der lokalen Stöchiometrie auf die Bildung von Domänenstrukturen und -Wänden. Die hergestellten Domänenstrukturen, deren Grenzflächen als zweidimensionale Defekte verstanden werden können, bilden Modellsysteme für die Untersuchung des Einfluss der ferroelektrischen Domänen auf weitere Materialeigenschaften, wie den Elektronen- und Ionentransport, die elektromechanischen Eigenschaften, die thermische Stabilität oder polaronische Strukturen, welche Gegenstand der Forschungsgruppe sind.

Ziele

  • Reproduzierbare Herstellung von ferroelektrischen Domänenstrukturen
  • Bestimmung der Polungseigenschaften der Mischkristalle
  • Untersuchung der Domänen(wand)-Eigenschaften

Projektverantwortliche und -mitarbeitende

Dr. Michael Rüsing
Dr. Elke Byreuterh
Manuel Zahn
Julius Ratzenberger
Zeeshan Hussain Amber