Pyro- und Dielektrische Eigenschaften sowie Modellierung

• Antragsteller: Professor Dr. Dirk Carl Meyer
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 310975945

Das hier beschriebene Vorhaben am Institut für Experimentelle Physik der TU Bergakademie Freiberg ist Teil eines Paketantrages, der zusammen mit den Arbeitsgruppen Mineralogie der TU Bergakademie Freiberg und Kristallphysik der Ruhr-Universität Bochum bearbeitet werden soll. Das gemeinsame Ziel ist die Erarbeitung von Korrelationen zwischen Struktur und elektromechanischen Eigenschaften von Kristallen der Seltenerdoxoborate (kurz RCOB). Diese sind nicht nur von grundlegendem Interesse, sondern spielen auch eine Schlüsselrolle für potentielle Anwendungen der Materialien als Hochtemperaturpiezoelektrika bei Temperaturen bis ca. 1000 °C.Die monokline Symmetrie der RCOB-Materialien bedeutet mehr Freiheitsgrade für die Anisotropie der Eigenschaften und damit für Korrelationen zwischen Struktur und Eigenschaften als in höhersymmetrischen Kristallarten. Die in Vorarbeiten beobachteten Diskontinuitäten im temperaturabhängigen Verlauf verschiedener Eigenschaften deuten auf mögliche strukturelle Instabilitäten hin. Zahlreiche Substitutionsmöglichkeiten auf den unterschiedlich koordinierten Kationenplätzen resultieren in einer großen, bisher nur teilweise erfassten chemischen Variabilität. Für einige Vertreter wurde die Möglichkeit der Züchtung großer Einkristalle aus der Schmelze bereits nachgewiesen.Im hier beantragten Vorhaben werden die elektrische Charakterisierung und die Ab-initio-Modellierung erfolgen. Im Zentrum der Untersuchungen stehen die Beziehungen zwischen Chemismus, strukturellen Parametern und den elektrischen Eigenschaften (Leitfähigkeit, Permittivität, pyroelektrischer Koeffizient) der RCOB-Materialien. Dazu muss aufgeklärt werden, ob sich die in den Vorarbeiten beobachteten Diskontinuitäten der temperaturabhängigen spezifischen Wärme und thermischen Ausdehnung auch in den elektrischen Parametern ausdrücken. In diesem Fall sollen Übergangstemperaturen bestimmt und in Zusammenhang mit strukturellen Veränderungen gebracht werden. Die Korrelation der elektrischen Parameter mit expliziten strukturellen Merkmalen ist das Hauptziel.Durch Ab-initio-Modellierungen gewonnene theoretische Eigenschaften sollen die gemessenen verifizieren und systematische Zusammenhänge zwischen den Kristallarten identifizieren. Weiterhin sollen Aussagen zu Stabilität und Materialeigenschaften im Hinblick auf Substitution, Fehlordnung und Mischbesetzung auf theoretischem Wege getroffen werden, um damit die experimentellen Arbeiten der Projektpartner zu bestätigen. Damit wird insgesamt ein geschlossenes Bild der möglichen strukturellen Veränderungen geschaffen, um gleichzeitig Voraussagen für die in Anwendungen relevanten Eigenschaften der RCOB-Materialien zu treffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jens Götze; Professor Dr. Jürgen Schreuer