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FOR 5044:  Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden

Fachliche Zuordnung Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Physik
Förderung Förderung seit 2020
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426703838
 
Die Forschungsgruppe FOR5044 widmet sich der Korrelation von Defektstruktur, Elektronen- und Ionentransport sowie elektromechanischen Eigenschaften in polaren Oxiden am Beispiel des Modellsystems Li(Nb,Ta)O3 (LNT). In der ersten Förderphase konnten ausgehend von der erfolgreichen Züchtung hochwertiger Mischkristalle fundamentale Erkenntnisse zu der besonderen Defektstruktur, den dominierenden Ladungsträgern und Transportmechanismen, der außergewöhnlichen Polaronendynamik und den akustischen Verlusten gewonnen werden, was nur durch die kohärente Verknüpfung experimenteller und theoretischer Arbeiten möglich war. Auch die Transportphänomene in den Domänenwänden wurden in einem weiten Temperaturbereich untersucht, so dass ein umfassendes Gesamtbild entstanden ist, das sich in mehr als 50 überwiegend gemeinsamen Publikationen widersiegelt. Weitreichende Anwendungsperspektiven von LNT werden z. B. im Bereich piezoelektrischer Sensoren und der Nanoelektronik auch bei hohen Temperaturen erkennbar. Von besonderer Bedeutung für das Forschungsgebiet sind 6 internationale Workshops, Konferenzen bzw. Symposien, die durch die FOR5044 geprägt und federführend organisiert wurden. Die enge Kooperation zwischen den Teilprojekten spiegelt sich ebenfalls in der Nachwuchsförderung wider, die den Wissenstransfer durch den Austausch von Promovierenden und die gemeinsame Betreuung von Abschlussarbeiten umfasst. Aufbauend auf neuen und weiterführenden Fragestellungen aus der ersten Förderphase ergibt sich eine strategische Ausrichtung für die zweite Phase, die insbesondere durch weiterführende grundlagennahe Fragestellungen, die Hinzunahme von Schichten bzw. Heterostrukturen sowie Dotierungen geprägt ist. Schichten lassen durch die Einschränkung der Dimensionalität und das Einbringen mechanischer Spannungen weitere neue physikalische Phänomene in LNT erwarten. Dotierungen erlauben eine gezielte Einstellung des Ionen- und Elektronentransports sowie der optischen und photoelektrischen Eigenschaften. Von Schichtsystemen unterschiedlicher Zusammensetzung werden in Verbindung mit Domänenwänden neuartige Strukturen bzw. Grenzflächen erwartet, deren Eigenschaften lokal einstellbar sind und möglicherweise ein 2D-Elektronengas bilden. Damit werden die Voraussetzungen für neuartige High-Tech-Bauelemente für die Piezotronik, die integrierte Photonik und die Quantentechnologien basierend auf LNT geschaffen. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Materialsysteme wie Multiferroika und perowskitartige Materialien ist gegeben. Die beteiligten Arbeitsgruppen verfügen über komplementäre Kompetenzen, die von der Kristallzüchtung und epitaktischer Schichtabscheidung über die Untersuchung der Polaronendynamik, der Domänenstruktur, des Ionentransportes sowie der elektromechanischen Eigenschaften bis hin zur Modellierung reichen. Die dezentrale Forschungsgruppe sorgt für eine Vernetzung von Kompetenzen, die in dieser Breite an einzelnen Forschungseinrichtungen nicht vorhanden sind.
DFG-Verfahren Forschungsgruppen
Internationaler Bezug Italien, Ungarn

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