Maßgeschneiderte Domänenstrukturen in LiNb_(1-x)Ta_xO_3-Mischkristallen

• Antragsteller: Dr. Michael Ruesing
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426703838

Der vorliegende Antrag beschreibt ein Teilprojekt der Forschungsgruppe "Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden", die sich der Korrelation von Defektstruktur, Elektronen- und Ionentransport sowie elektromechanischen Eigenschaften anhand des Modellsystems Lithiumniobat-Lithiumtantalat (LiNb_(1-x)Ta_xO_3, LNT) widmet. Dieses Teilprojekt widmet sich der Herstellung von maßgeschneiderten ferroelektrischen Domänenstrukturen im Modellsystem mittels elektrischer Feldpolung. Strukturierte ferroelektrische Domänen bilden die funktionelle Grundlage für viele Anwendungen in ferroelektrischen Materialien, die von der Nichtlinearen und Quantenoptik, der Oberflächendekoration, 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 erlaubt dieses Verfahren die flexible zweidimensionale Strukturierung von maßgeschneiderten Domänenstrukturen für unterschiedliche Einsatzzwecke. Dabei soll sowohl die Domänenbildung auf polaren, als auch nicht-polaren Flächen untersucht werden, um ein geschlossenes Bild zu erreichen. Um die physikalischen Mechanismen der Polung zu analysieren, werden verschiedene komplementäre Analysemethoden genutzt, wie nichtlineareMikroskopie, Piezoantwort-Mikroskopie, optische Polarisationsmikroskopie und 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 derlokalen Stöchiometrie auf die Bildung von Domänenstrukturen und -Wände. Die hergestelltenDomänenstrukturen, deren Grenzflächen als zweidimensionale Defekte verstanden werdenkönnen, bilden Modellsysteme für die Untersuchung des Einfluss der ferroelektrischen Domänenauf weitere Materialeigenschaften, wie den Elektronen- und Ionentransport, dieelektromechanischen Eigenschaften, die thermische Stabilität oder polaronische Strukturen,welche Gegenstand der Forschungsgruppe sind.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5044: Periodische niedrigdimensionale Defektstrukturen in polaren Oxiden
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Lukas M. Eng