Teilprojekt 2
TP2
Ionentransport und Punktdefekte in LiNb1-xTaxO3-Mischkristrallen
Im Zentrum dieses Teilprojekts steht die experimentelle Charakterisierung und das grundlegende Verständnis des Ionentransports der Spezies Li, Nb/Ta, O und H in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Sauerstoff-Partialdruck und dem Nb/Ta-Gehalt in Lithiumniobat-Lithiumtantalat-Einkristallen mit und ohne ferroelektrischen Domänen. Hierdurch sollen die zugrundeliegenden Punktdefekte, Defektgleichgewichte und Transportmechanismen aufgeklärt werden. Defekte und Transport sowie deren Wechselspiel haben fundamentalen Einfluss auf die makroskopischen Materialeigenschaften, wie elektrische Leitfähigkeit, elektromechanische Eigenschaften, optische Eigenschaften etc. und erlauben bei deren Kenntnis ein Maßschneidern der Eigenschaften.
Die Ergebnisse dieses Teilprojekts sind im Gesamtzusammenhang vor allem von Bedeutung für ein Verständnis der partiellen Ionenleitfähigkeiten und deren Beitrag zur Gesamtleitfähigkeit, zur Identifikation der temperaturabhängigen Majoritätspunktdefekte und Defektcluster sowie für die Hochtemperaturstabilität und Stöchiometrieänderungen. Besonders hervorzuheben ist die Untersuchung des bisher nicht erforschten Einflusses der Domänenwände und der dort assoziierten Defekte/Ladungen auf den Ionentransport. Die Arbeiten bilden auch die Grundlage für ein Verständnis der Polaronendynamik in zeitlich veränderlichen atomaren Strukturen.
Zur Bestimmung der Tracer-Diffusionskoeffizienten werden stabile Tracerisotope eingesetzt, die entweder aus der Gasphase (2H2O, 18O2) oder mittels Sputterdeposition (6Li, 180Ta) ein-/aufgebracht werden. Die isotopenselektive Tiefenprofilanalyse erfolgt in allen Fällen mit Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und für ausgewählte Systeme im Rahmen eines neuartigen analytischen Ansatzes mit Neutronenreflektometrie (NR). Die notwendigen Leitfähigkeiten sollen mit Impedanzspektroskopie in Zusammenarbeit mit Teilprojekt 7 ermittelt werden. Die Ergebnisse sollen in ein Defektmodell einfließen, das die ionischen und elektronischen Transportvorgänge erklärt und die Basis für ein Maßschneidern von Materialeigenschaften bildet.
Projektverantwortliche und -mitarbeitende
Prof. Dr. Harald Schmidt
Prof. Dr. Holger Fritze
Dr. Claudia Kofahl
