Übergangselement-Oxide mit niedrigdimens. Wechselwirkungen

Der enge Zusammenhang zwischen atomarer Kristallstruktur und den physikalischen Eigenschaften (Leitfähigkeit, Magnetismus, ..) einer Substanz ist ein bekannter und charakteristischer Aspekt von elektronisch niedrig - dimensionalen Spin - Systemen. Derartige (quasi) 1D Systeme sind in der physikalischen Festkörper - Forschung derzeit Gegenstand intensiver Forschung, da man sich hier neue Erkenntnisse für die Beschreibung der Supraleitung (widerstandsloser Transport von elektrischer Energie) in schwach dotierten Hoch - Temperatur Supraleitern erwartet. Das vorgeschlagene Projekt beschäftigt sich mit der eingehenden strukturellen Charakterisierung von derartigen elektronisch und strukturell niedrig dimensionalen Verbindungen vorwiegend mit Hilfe von Röntgenbeugung an Einkristallen. Die Kombination mit spektroskopischen Methoden (Mössbauer -, Raman -, Infrarot - Spektroskopie) soll einen Vergleich zwischen gemittelten und lokalen struktuellen Eigenschaften der untersuchten Verbindungen ermöglichen. Die für die geplanten Untersuchungen benötigten Verbindungen werden alle bei hohen Temperaturen (bis 1500`C und hohen Drucken (bis zu 3 GPa) künstlich im Labor hergestellt. Für die Untersuchungen wurden zwei Substanzklassen ausgewählt, die sich von geowissenschaftlich relevanten Mineralgruppen ableiten lassen. Es sind dies die Substanzklasse (i) der Klinopyroxene ABSi2 06 , bei denen Si 4 + auch durch Ge4+ ausgetauscht wird, und (ii) die der Brownmillerite A2 B2 05 . Obwohl beide Substanzgruppen eine hohe Relevanz in der Festörper- und Materialforschung haben, existieren kaum genaue strukturelle Daten, vor allem nicht bei Temperaturen anders als Raumtemperatur. Vor allen für eine theoretische Betrachtung derartiger Systeme sind genaue Strukturdaten aber von besonderer Wichtigkeit. Ein zentraler Punkt der Experimente an den vorgeschlagenen Substanzklassen wird die Untersuchung der Variation der Kristallstruktur und der physikalischen Eigenschaften (e.g. Magnetismus) im Parameter-Feld: "Zusammensetzung" - "Temperatur" sein. Dazu werden die Messtemperaturen zwischen -200 und 900`C variiert und systematisch die chemische Zusammensetzung der Proben durch den gezielten Austausch von Elementen auf einer oder mehreren Gitterpositionen verändert. Es wird genau beobachtet, ob und wie sich der atomare Aufbau (= Kristallstruktur) der Substanz an die veränderten äußeren (Temperatur) und inneren (Zusammensetzung) Gegebenheiten anpaßt und was bei den zu erwartenden Phasenübergängen im Detail geschieht.