Universität Osnabrück, Graduiertenkolleg Mikrostruktur oxidischer

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34 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK, FACHBEREICH PHYSIK 20.03.1997 Frühjahrstagung der DPG, Münster „Ladungsträgerbeweglichkeit in oxidischen Kristallen“ 26.08-29.08.1996 3rd European Conference on Applications of Polar Dielectrics, Bled, Slowenien, „Nonstationary Photocurrents in Photorefractive Sillenite Crystals“ Besuchte Lehrveranstaltungen Kolloquium des SFB 225 Seminar des <strong>Graduiertenkolleg</strong>s Vorlesungen des <strong>Graduiertenkolleg</strong>s
GRADUIERTENKOLLEG MIKROSTRUKTUR OXIDISCHER KRISTALLE 35 Photorefraktive Eigenschaften und mikroskopische Struktur von Sillenit-Kristallen Beginn des Projektes: 1. Januar 1998 Ende des Projektes: 31. Dezember 2000 Doktorandin: M. Sci. Hu Yi Betreuer: Prof. Dr. K. H. Ringhofer Zusammenfassung Die erstmalige Überreichung des Nobelpreises für Forschungen im Bereich der (Physik und) Informationstechnologie zeigt die Bedeutung dieses Gebietes für die heutige Gesellschaft. Die niedrigen Kosten der Speichermedien, die hohen Speicherkapazitäten und die hohen Speicher- und Auslesegeschwindigkeiten bilden die Grundlage für die Revolution, die sich gerade im Bereich der Informationstechnologie und, allgemeiner, im gesellschaftlichen Bereich vollzieht. Die Speicherung von Information durch magnetische und/oder optische Methoden findet immer noch primär an der Oberfläche geeigneter Materialien statt. Diese Technik stößt jetzt aber an ihre Grenzen: die gespeicherte Information muss in immer kleineren Flächen gespeichert werden, und dieser Prozess kann nicht unbegrenzt fortgesetzt werden; auch thermische Instabilität ist bei steter Verfeinerung dieser Technik zu erwarten. Eine attraktive Alternative ist die holographische Speicherung im Volumen eines photorefraktiven Kristalls. Schnelle und wiederbeschreibbare holographische Speicher könnten auf Terabits an Information in weniger als einer Millisekunde zugreifen und mit einer Geschwindikgkeit von mehr als einem Gigabit pro Sekunde auslesen, wären also mehr als 100 mal so schnell wie ein DVD-Gerät. Unter den anorganischen photorefraktiven Materialien bieten sich vor allem die Sillenite an, welche durch hohe Empfindlichkeit und kleine dielektrische Relaxationszeit im sichtbaren Bereich ausgezeichnet sind. Ihre Anwendbarkeit reicht sogar ins Infrarote und ihre Relaxationszeit kann in den Sub-Millisekundenbereich verkürzt werden. Das Ziel dieses Teilprojektes ist es gewesen, die durch die mikroskopische Struktur der Sillenite vorgegebenen Materialeigenschaften wie optische Aktivität, primärer und sekundärer elektro-optischer Effekt, Photoleitfähigkeit usw. zu studieren und Mittel und Wege zu finden, das Speichern und Auslesen von Information möglichst effizient zu machen. Dies ist durch das Auffinden sehr genauer Näherungslösungen möglich geworden, die es erlaubt haben, den günstigsten Kristallschnitt, die günstigste Kristalldicke und die günstigste Polarisation der Schreibstrahlen für optimale Speicherung und optimales Auslesen zu finden. Stand der Forschung zu Beginn des Teilprojektes Obwohl die Stärke eines Volumen-Hologramms durch Anlegen eines äußeren zeitlich konstanten oder periodischen elektrischen Feldes beträchtlich verbessert werden kann, gibt es Anwendungen wie z.B. die Interferometrie [1], bei denen eines solches äußeres Feld äußerst unerwünscht ist. Das äußere Feld würde den Messaufbau stark komplizieren und würde die Messresultate ungenau und schwer interpretierbar machen. Ohne ein solches äußeres Feld wird die Kopplung zwischen den Schreibstrahlen wegen des kleinen elektro-optischen Koeffizienten aber auch ziemlich schwach, so dass eine Optimierung des holographischen Verfahrens sehr wünschenswert wird. Infolge der Vielzahl der zur Optimierung zur Verfügung stehenden Parameter ist ein einfaches Ausprobieren aller Möglichkeiten aussichtslos und die Modellierung des holographisches Prozesses wird unumgänglich. Diese Modellierung ist allerdings ungewöhnlich schwierig, weil die Sillenite zur Kristallklasse 23 gehören, also kubische Symmetrie zeigen. Damit bleiben die Polarisationsvektoren der Schreibstrahlen nicht eingefroren wie bei den Ferroelektrika oder wie bei Anlegen eines starken äußeren Feldes, und es kommt zu einer Verdrehung der Polarisationsvektoren im Inneren des Kristalls aus zwei Gründen: einerseits wegen der zum Teil starken opti-
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