Atomare Struktur

Teilprojekt C

Kristallstruktur, Fachgebiet Strukturforschung

Leitung: Prof. Dr. Wolfgang Donner

Der Hauptschwerpunkt der Strukturforschung ist die Charakterisierung von Pulvern und Einkristallen mittels Röntgenbeugung. Mit dieser Methode können unter anderem Modulationen und Phasenübergänge untersucht werden und durch die Bestimmung von Strukturfaktoren kann die Elektronendichte berechnet werden. Die Herstellung von Einkristallen unterschiedlicher Größe ermöglicht uns und anderen Teilprojektgruppen die Charakterisierung defektfreier Proben, die genaue Informationen über atomare und elektronische Struktur liefert. Dadurch soll ein Modell erarbeitet werden, das die Struktur mit den Eigenschaften verbindet und ein besseres Verständnis der antiferroelektrischen Phase schafft.

Abb 1. Präzessionsaufnahme von Mn-dotiertem NNO in der (H0L)-Ebene; die Überstrukturreflexe an ¼ -Positionen weisen auf die 4-fach Modulation in der P-Phase hin. Abb. 2: Kristallzuchtversuch von NaNbO3 (NNO) nach der Flussmethode [1]; die kleineren Kristalle (0,1mm) sind für Röntgenuntersuchungen hinreichend groß.

[1] J Dec Real domain structure in orthorhombic phase of NaNbO3 crystals, Crystal Res. & Technol. 18, 195 (1983)

Lokale Struktur, Fachgebiet Physikalische Chemie

Leitung: Prof. Dr. Gerd Buntkowsky

Wir interessieren uns für den Zusammenhang zwischen der lokalen Struktur und den funktionalen Eigenschaften von bleihaltigen und bleifreien antiferroelektrischen (AFE)-Perowskiten. Dazu untersuchen wir mit Methoden der Festkörper-Kernresonanzspektroskopie (NMR) die lokalen strukturellen Änderungen beim AFE-FE-Phasenübergang als Funktion der Temperatur oder der chemischen Zusammensetzung, da dieser Phasenübergang eng mit den funktionellen Eigenschaften zusammenhängt. Aus der Analyse von NMR-Observablen (chemischen Verschiebung, elektrischer Feldgradienten) in den interessierenden Zusammensetzungen, wollen wir ein tieferes Verständnis dieser Struktur-Eigenschafts-Beziehungen erarbeiten. Das auf diese Weise erworbene Wissen wird die strukturellen Informationen, die mit anderen spektroskopischen Techniken und Beugungsexperimenten bestimmt wurden, ergänzen.

Darüber hinaus ermöglichen die durch NMR bestimmten lokalen Strukturparameter die Entwicklung von Strukturmodellen. Diese können als Referenz für die Bewertung der Ergebnisse theoretischer Berechnungen dienen. Die gewonnenen Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen lokaler Struktur und makroskopischen Eigenschaften in bleibasierten AFEs werden das Konzept des Fermi-Level-Engineerings weiter stärken und zum rationalen Design von bleifreien alternativen AFE-Materialien beitragen.

Transmissionselektronenmikroskopie, Fachgebiet Advanced Electron Microscopy / Fachgebiet Geomaterialwissenschaft

Leitung: Prof. Dr. Leopoldo Molina-Luna / Prof. Dr. Hans-Joachim Kleebe

Die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) ist eine leistungsstarke Methode zur Untersuchung der Mikrostruktur von Festkeramiken und Dünnschichtproben und zur Herstellung von Struktur-Eigenschafts-Korrelationen im atomaren Maßstab. Durch den Einsatz von elektronenbeugungsbasierten Methoden sowie konventioneller und aberrationskorrigierter (Cs) (S)TEM-Bildgebung, kann ein Einblick in die Domänenstruktur und in lokale kristallografische Orientierungen gewonnen werden.

MEMS-chip based state-of-the-art combined heating/biasing in situ TEM holder. Possible implementations with various advanced electron microscopy based methods are shown schematically.

Die Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM) ermöglicht in Verbindung mit spektroskopischen Methoden (EDX, EELS) auch die Bestimmung von chemischen Inhomogenitäten mit hoher räumlicher Auflösung an Korn- und Phasengrenzen. Darüber hinaus ist geplant, einen hochmodernen in situ TEM-Probenhalter für temperaturabhängige Studien mit hoher räumlicher Auflösung einzusetzen. Des Weiteren werden durch die Anwendung eines elektrischen Feldes direkt im Mikroskop Domänenbildungsstudien während des AFE → FE-Phasenübergangs möglich sein.