Mechanische Dotierung von Strontiumtitanat

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Rödel
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 398795637

Dieser Antrag plant eine wissenschaftliche Beschreibung des Einflusses von Versetzungen auf die elektrische Leitfähigkeit in Strontiumtitanat (SrTiO3). Es ist bekannt, dass die Versetzungskerne in diesem Material eine sehr hohe Konzentration an Sauerstoffleerstellen haben und dadurch positiv geladen sind. Eine kompensierende Ladungszone um die Versetzungen ist negativ geladen. Die Versetzungen modifizieren damit sehr stark und bis zu hohen Temperaturen stabil das Defektgleichgewicht. Es ist geplant, Versetzungen bei verschiedenen Temperaturen in Quader von SrTiO3 bei Raumtemperatur und mittlerer Temperatur durch plastische Verformung einzubringen. Darauf folgend werden die elektrischen Eigenschaften mit Impedanzspektroskopie global bestimmt wie auch lokal an einzelnen Versetzungsstrukturen. Vor der plastischen Verformung durch Akzeptor- und Donatordotierung und durch Auslagerung in verschiedenen Sauerstoffatmosphären kann die ursprüngliche Defektkonzentration variiert werden. Ebenso kann die Probe mit den Versetzungen durch Temperatur und elektrisches Feld modifiziert werden. Die Sauerstoffdiffusion durch Sekundärionenmassenspektroskopie gibt Aufschluss über den Sauerstofftransport. Eine hochaufgelöste mehrskalige Charakterisierung des Versetzungsnetzwerkes und seiner Dynamik ist mit Dunkelfeld Röntgenmikroskopie in Zusammenarbeit mit der DTU in Dänemark an einem Strahlrohr der ESRF vorgesehen. Damit ist es möglich, einzelne Versetzungen abzubilden und deren Änderung als Funktion der Last, des elektrischen Feldes und der Temperatur zu verfolgen. Für das Projekt gelangen kommerziell verfügbare SrTiO3 Einkristalle und speziell hergestellte SrTiO3 Einkristalle mit niedriger Versetzungsdichte zum Einsatz um einen hohen Unterschied der plastischen Verformung im Vergleich zum unverformten Einkristall zu erreichen. Als Vorarbeiten liegen erste Untersuchungen zur plastischen Verformung von SrTiO3 Einkristallen und die Bestimmung der Dichte von Versetzungen mit rocking curve Quantifizierung wie über Bestimmung von Ätzgrübchen vor.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen