Universität Osnabrück, Graduiertenkolleg Mikrostruktur oxidischer

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28 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK, FACHBEREICH PHYSIK 4. Postnikov A.V., Neumann T., and Borstel G. 1995 Ferroelectrics 164 101 5. Stachiotti M.G., and Migoni R.L. 1990 J. Phys.: Condens. Matter 2 4341 6. Exner M., Catlow C.R.A., Donnerberg H., and Schirmer O.F. 1994 J. Phys. Cond. Mat. 6 3379 7. van der Klink J.J., and Borsa F. 1992 Phys. Rev. B 30 52 8. Doussineau P., Frenois C., Lavelut A., and Ziolkievicz S. 1991 J. Phys.: Condens. Matter 3 8369 9. Höchli U., Hessinger J., and Knorr K. 1991 J. Phys. Condens. Matter 3 8377 10. Vugmeister B., Glinchuk M. 1990 Rev. Mod. Phys. 62 993 11. Stachiotti M.G., Migoni R.L., Christen L.M., and Höchli U. 1994 J. Phys.: Cond. Mat. 6 4297 Eigene Publikationen I. Eglitis R.I., Postnikov A.V., and Borstel G. 1997 Phys. Rev. B 55 12976 II. Eglitis R.I., Postnikov A.V., and Borstel G. 1997 Proc. SPIE 2967 144 III. Eglitis R.I., Vikhnin V.S., Markovin P.A., and Borstel G. 1998 Proc. of American Physical Society (Fifth Williamsburg Workshop on First-Principles Calculations for Ferroelectrics, Febr. 1-4, Williamsburg, USA) 436 87 IV. Eglitis R.I., Kotomin E.A., Borstel G., and Dorfman S. 1998 J. Phys. Condens. Matter 10 6271 V. Eglitis R.I., Christensen N.E., Kotomin E.A., Postnikov A.V., Borstel G. 1997 Phys. Rev. B 56 8599 VI. Kotomin E.A., Christensen N.E., Eglitis R.I., and Borstel G. 1998 Computational Materials Science 10 339 VII. Eglitis R.I., and Kotomin E.A. 1997 Proc. SPIE 2967 150 VIII. Kotomin E.A., Eglitis R.I., and Popov A.I. 1997 J. Phys. Cond. Matter 9 L315 IX. Eglitis R.I., Postnikov A.V., and Borstel G. 1998 Phys. Stat. Sol. (b) 209 187 X. Eglitis R.I., Kotomin E.A., Postnikov A.V., Christensen N.E., and Borstel G. 1998 Proc. of American Physical Society (Fifth Williamsburg Workshop on First- Principles Calculations for Ferroelectrics, Febr. 1-4, Williamsburg, USA) 436 207 XI. Eglitis R.I., Kotomin E.A., and Borstel G. 1998 Phys. Stat. Sol. (b) 208 15 Teilnahme an Tagungen 1. Eglitis R.I., Postnikov A.V., and Borstel G., Semiempirical Hartree-Fock calculations for KNbO3, pure and Li doped KTaO3. Collective effects in a random-site electric dipole system. (Workshop at IFA, Quantum Theory of Solids 4, Nov. 12 - 15, 1997, Aarhus, Denmark), p. 34, 1997 2. Eglitis R.I., Christensen N.E, Kotomin E.A., A.V.Postnikov, and G.Borstel, First- Principles and semi-empirical Hartree-Fock calculations for F centers in KNbO3 (Workshop at IFA, Quantum Theory of Solids 4, Nov. 12 - 15, Aarhus, Denmark), p. 35, 1997 3. R.I.Eglitis, E.A.Kotomin, A.V.Postnikov, N.E.Christensen, and G.Borstel, First- principles and semi-empirical Hartree-Fock calculations for F centers in KNbO3 and Li impurities in KTaO3, (Fifth Williamsburg Workshop on First- Principles Calculations for Ferroelectrics, Feb. 1-4, Colonial Williamsburg, USA) p. 22, 1998 4. Eglitis R.I., Vikhnin V.S., Markovin P.A., and Borstel G., Self-ordered clusters of second-component in solid solutions on the basis of ferroelectric perovskites: Nb- clusters in KTaO3, (Fifth Williamsburg Workshop on First-Principles Calculations for Ferroelectrics, Feb. 1-4, Colonial Williamsburg, USA) p. 23, 1998 5. Eglitis R.I., Kotomin E.A., Christensen N.E., Postnikov A.V., and Borstel G., F centers in KNbO3 and Li impurities in KTaO3, (Symposium on the Quantum Mechanical Basis for Materials Properties, Feb. 19-21, Hjortviken, Hindas, Sweden), p. 2, 1998
GRADUIERTENKOLLEG MIKROSTRUKTUR OXIDISCHER KRISTALLE 29 Ladungsträgerbeweglichkeit in oxidischen Kristallen (I) Beginn des Projekts: 01.01.1995 Ende des Projekts: 31.12.1997 Dipl.-Phys. Andreas Gerwens Dissertation: Charakterisierung photorefraktiver Kristalle mit Hilfe oszillierender Lichtmuster Betreuer: Prof. Dr. E. Krätzig 1. Zusammenfassung Die mikroskopischen Prozesse beim lichtinduzierten Ladungstransport in oxidischen Kristallen wurden mit neuen optischen, elektrischen und magnetischen Techniken untersucht. Unter Anwendung der Technik nichtstationärer Photoströme gelang erstmalig die Bestimmung der Hallbeweglichkeit in dem interessanten oxidischen Material Strontiumbariumniobat (Sr 0.61Ba 0.39Nb 2O 6; SBN). Ferner wurde im Rahmen des Projekts eine neue Methode entwickelt: Zeitlich modulierte Leitfähigkeiten geben mit hoher Genauigkeit Aufschluß über die Transportlängen und damit auch über die Beweglichkeiten der Ladungsträger. Die erstmalige Bestimmung der Ladungsträgerbeweglichkeit in oxidischen Kristallen wie SBN hat im Anschluß die Ermittlung aller Parameter des Ladungstransports ermöglicht, z.B. des Rekombinationskoeffizienten und des Quantenwirkungsgrads der Anregung eines Elektrons bei Absorption eines Photons. Der auf diese Weise gewonnene tiefe Einblick in die auf mikroskopischer Ebene ablaufenden Prozesse liefert einerseits materialspezifische Erkenntnisse bezüglich optimaler Dotierungskonzentrationen und der zu erwartenden photorefraktiven Antwortzeiten, andererseits lassen sich Ergebnisse auf andere photorefraktive Oxide übertragen. Unter dem Einsatz oszillierender Lichtmuster wurde zudem eine Fülle weiterer Effekte erstmals erfolgreich studiert: (1) Die durch absorbiertes Licht hervorgerufene Erwärmung führt zu homogenen pyroelektrischen Feldern, die signifikant den Ladungstransport beeinflussen können. (2) Raumladungsfeld und piezoelektrischer Effekt führen an der Kristalloberfläche zu Deformationen, die als Reliefgitter nachgewiesen werden können. (3) Gitteroszillationen in dünnen Hologrammen bieten einen neuen Zugang zur Bestimmung von Materialparametern, wie der Dichte umverteilbarer Ladungsträger. 2. Ergebnisse 2.1 Nichtstationäre Photoströme Das Material Strontiumbariumniobat ist bereits seit mehreren Jahren verstärkt Gegenstand intensiver Forschungen. Insbesondere wurden bereits innerhalb verschiedener Teilprojekte des SFB 225 Untersuchungen an diesem Material durchgeführt, so daß auf ein Grundlagenwissen zurückgegriffen werden konnte [1,2]. Die kombinierte Anwendung der nichtstationären Photoströme und der modulierten Photoleitfähigkeit erlaubt es, charakteristische Transportlängen der lichtinduzierten Umverteilungsprozesse für zwei relevante Kristallorientierungen mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Die gleichzeitige Berücksichtigung raumladungsbegrenzender Prozesse und der thermischen Diffusion der Ladungsträger ermöglicht die Bestimmung der Debyesche Ab- r r schirmlängen. Die Resultate sind 0.18 und 0.27 µm für Ladungstransport parallel zur a - bzw. zur c -Achse, während die Diffusionslängen entlang dieser Kristallrichtungen 0.13 und 0.19 µm betragen. Die Werte sind im Einklang mit theoretischen Betrachtungen. So kann z. B. aus den richtungsabhängigen Dielektrizitätskonstanten auf das Verhältnis der Debyeschen Abschirmlängen für die untersuchten Orientierungen geschlossen werden: Das zu erwartende Verhältnis stimmt sehr gut mit dem experimentell gewonnenen Wert überein. Schließlich kann anhand dieser Werte die Abhängigkeit der nichtstationären Photoströme von einem äußeren elektrischen Feld richtig vorhergesagt werden.
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