Investigation of the low-temperature phase in dimethylammonium gallium sulfate hexahydrate (DMAGaS) and the order-disorder behavior of the dimethylammonicae (DMA) groups by means of EPR spectroscopy

• Applicant: Professor Dr. Rolf Böttcher (†)
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2000 to 2006
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5271804

Dimethylammoniumgalliumsulfat (DMAGaS) besitzt zwei Phasenübergänge bei TC1 = 136 K (paraelektrisch-ferroelektrisch) und TC2 = 118 K (ferroelektrisch-nichtpolar). Die Ergebnisse der bisher publizierten dielektrischen Messungen an DMAGaS-Einkristallen zum Temperatur-Druck-Phasendiagramm wurden in unserer Gruppe kritisch ausgewertet und mit einem überraschend einfachen Landau-Ansatz erstmals theoretisch beschrieben. Aufgrund dieser theoretischen Untersuchungen kann geschlußfolgert werden, daß am Phasenübergang TC2 DMAGaS von der ferroelektrischen in eine antiferroelektrische Phase übergeht. Ein experimenteller Beweis für diese Aussage soll durch EPR-Untersuchungen an Cr-dotierten DMAGaS-Kristallen im Rahmen dieses Projektes erbracht werden. Voruntersuchungen, die bei Temperaturen unterhalb TC2 ausgeführt wurden, zeigen neben Linienverschiebungen auch Aufspaltungen der Feinstrukturübergänge der Cr3+Sonden auf Ga-Gitterplätzen, die auf eine Verdoppelung der Einheitszelle und somit auf die Existenz eines antiferroelektrischen Zustandes hinweisen. Durch Messungen der Intensitäten und Linienbreiten in Abhängigkeit der Temperatur werden Informationen über die statistische Anordnung der DMA-Gruppen in der antiferroelektrischen Phase und über ihr dynamisches Verhalten am Phasenübergang erhalten. Wie die Ergebnisse der Untersuchungen am DMAAS und die Voruntersuchungen am DMAGaS zeigen, stellt die EPR-Spektroskopie mit der Cr3+-Sonde die bis jetzt einzige spektroskopische Methode mit geeignetem Zeitfenster dar, die die Ordnungsvorgänge der DMA-Gruppen in DMAGaS lokal erfassen kann. Sie liefert damit Erkenntnisse über die molekulare Ordnung, die weder mit röntgenographischen Messungen noch mit anderen spektroskopischen Methoden erhalten werden können.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr. Dieter Michel (†)