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Sonderforschungsbereich 595

Mikromechanische Simulationen von Interaktion der Punktdefekte mit Domänenstruktur in Ferroelektrika

J. Prof. B. Xu (FG Mechanik funktionaler Materialien)
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Dieses Teilprojekt untersucht numerisch die Interaktion von Punktdefekten mit der Mikrodomänenstruktur von Perovskite-Ferroelektrika. Ziel der Untersuchung sind die Mechanismen der von Punktdefekten verursachten Materialermüdung und Alterung auf der Mikroskala. Zu diesem Zweck wird ein Phasenfeldmodell verwendet in welchem verschiedene Aspekte von Punktdefekten sowie die Halbleitereigenschaften des Materials. Ionisierte Punktdefekte und elektrischer Ladungsträger führen zu räumlichen Ladungen, und es wird sich ein räumlich inhomogenes Depolarisationsfeld einstellen. Erste Schritte sind daher die Beschreibung und die Simulation der räumlichen Ladungsverteilung sowie die Untersuchung der Domänenstruktur und ihrer Stabilität. Gegenwärtig wird angenommen dass die Migration von Punktdefekten eine wichtige Rolle in der Alterung und der Ermüdung des Materials spielen. Daher werden Modelle entwickelt, die die Transporttheorien dieser Defekte berücksichtigen können. Konsistente Simulationen sollten die Interaktion zwischen Punktdefekten und Materialgrenzen aufzeigen, und so die für die Materialermüdung verantwortlichen Mechanismen beleuchten. Ein weiterer Grundstein der Arbeit besteht in der Simulation reorientierter Defekt-Dipole die sich als Folge von Sauerstoffleerstellen (F-Centre) und Kationen-Verunreinigungen im Zentrum einer Perovskite-Einheitszelle einstellen können. Obgleich die Sauerstoff-Vakanzen in Defekt-Dipolen nur eine geringe Mobilität aufweisen, induzieren sie zusätzlich zu den Depolarisationsfeldern ein dipolares elektrisches Feld, welches in den Untersuchungen zu berücksichtigen ist.

Aus dem Arbeitsprogramm ergeben sich Kooperationsmöglichkeiten mit den Teilprojekten C5, B7 and C1 bezüglich Materialparametern und -formulierung. Die Verifizierung der Ergebnisse des Projektes kann in Kooperation mit den Teilprojekten B3, D1 und B7 erfolgen.