Teilprojekt 6

TP6

Domänenwände in LNT Mischkristallen

Die Forschungsgruppe FOR-5044 „Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden“ widmet sich seit Herbst 2020 der Untersuchung zur Korrelation von Defektstruktur, Elektronen- und Ionentransport sowie den elektromechanischen Eigen­schaften am Modellsystems Lithiumniobat-Lithiumtantalat (LiNb1-xTaxO3, LNT). Das vorliegende Teilprojekt TP6 „Domänenwände in LNT Mischkristallen“ konzentriert sich dabei ganz auf die Eigenschaften von Domänenwänden in diesen LNT Mischkristallen, welche in jedem ferroischen System zur Minimierung der Gesamtenergie auftreten. Größe, Dimensionalität, chemische Zusammensetzung, etc. von Domänen und Domänenwänden spielen hier eine entscheidende Rolle und müssen akkurat bestimmt werden. Insbesondere erwarten wir, neuartige Eigenschaften der Domänenwände zu finden, wie z.B. steuerbare elektronische Leitfähigkeiten, variable optische Brechungs­indices, oder auch ungeahnte ferroelektrische Topologien.

Dielektrische und elektronische Eigenschaften sollen makroskopisch mittels Hysterese Analysen zur Bestimmung der integralen Koerzitivfeldstärken, der Spontanpolarisation und dem Leckstromverhalten für ausgewählte Stöchiometrien bestimmt werden. Zentrales Augenmerk dieser elektronischen Arbeiten sind aber die Transport­eigenschaften entlang einzelner Domänenwände im Vergleich zu einer Bulk Domäne; hier kommen sowohl Hall-Transportmessungen als auch Wechselstromleitfähig­keitsmessungen zum Einsatz, die einerseits Aufschluss über Ladungsträgertyp, Ladungsträgerkonzentration und deren Mobilitäten erlauben, andererseits aber direkt einen neuartigen Zugang zur Quantifizierung und Identifikation von lokalen Defekten liefern.

Parallel zu den elektrischen/elektronischen Untersuchungen nutzen wir in diesem TP6 dezidierte, optische Methoden wie die µ-Raman-Spektroskopie, die Second-Harmonic-Mikroskopie/Polarimetrie und die Fluoreszenzmikroskopie für die nicht­invasive, komplementäre Analyse von Domänen und Domänenwänden. Wir erwarten hier, neue Einblicke in die chemischen, strukturellen und die dielektrischen Eigenschaften der LNT Mischkristalle zu gewinnen, speziell auch direkt an den Domänenwänden, wo sich aufgrund möglicher topologischer Eigenschaften die lokalen elektrischen Felder und damit die lokalen tensoriellen Abhängigkeiten in diesen polaren Mischkristallen massiv ändern können. Auch sollen die LNT-Mischkristalle gezielt dotiert werden, was sich direkt in deren elektronischer und optischer Signaturen zeigen wird.

Projektverantwortliche und -mitarbeitende

Prof. Dr. Lukas Eng
Henrik Beccard
Ekta Singh
Michael Lange
Boris Kopitz
Peter Hegarty