Multiskalen Verhalten von ungeordneten Ferroika und Gläsern

„Funktionelle Materialien“ sind organische oder anorganische Materialien, die sehr sensitiv und spezifisch auf Änderungen von Temperatur, elektrischem oder magnetischem Feld, Druck, etc. reagieren. Ferroische Materialien spielen in diesem Zusammenhang eine besonders wichtige Rolle, da man deren Eigenschaften besonders leicht und effizient trimmen kann, was wiederum für Anwendungen wie z.B. in der Sensorik von großem Vorteil ist. Natürlich sind die meisten dieser Materialien nicht von idealer Reinheit, sondern haben Defekte und Grenzflächen (Domänenwände, Phasenfronten, etc.) von unterschiedlicher Größe bzw. Verteilung. Da die makroskopischen Eigenschaften sehr stark von Wechselwirkungen auf verschiedensten Längen- und Zeitskalen abhängen, haben wir im Rahmen des vorliegenden Projektes untersucht, wie Strukturen verschiedener Längenskalen wechselwirken und sich gegenseitig auf verschiedenen Zeitskalen beeinflussen. Ein besonderes Highlight in diesem Zusammenhang waren die Ergebnisse die wir bei Kompressionsversuchen an einem nanoporösen glasartigen Material gewonnen haben. Wir konnten zeigen, dass sich diese Materialien bei extrem langsamer Kompression ähnlich verhalten wie unsere Erdkruste und dass dabei sogenannte Minibeben (“Labquakes”) auftreten, die auf Nanometerebene ganz ähnlichen Gesetzen folgen wie richtige Erdbeben auf der Kilometerskala. Damit hat man zum ersten Mal ein Material zur Verfügung, welches uns erlaubt das Verhalten von Erdbeben unter Laborbedingungen genauer zu studieren. Die Arbeit hat weltweit großes Interesse hervorgerufen. Weitere Themenkreise waren dem Einfluss von eingeschränkter Geometrie auf das Verhalten von Gläsern und ferroischen Phasenübergängen, dem Verhalten von Domänen und Domänengrenzen in ungeordneten Systemen bzw. dem Auffinden möglicher Zusammenhänge zwischen dem Einfrierverhalten von Gläsern, Domänenwänden und ferroischen Relaxor Phasenübergängen gewidmet. Das Projekt wurde in Zusammenarbeit mit Forschungsinstituten in England, Schweiz, Deutschland, Slowenien, der Tschechischen Republik und Österreich durchgeführt. Die Ergebnisse des Projektes sind inzwischen in renommierten Fachjournalen publiziert und werden Grundlagen für die Entwicklung von neuen funktionellen und strukturellen Materialien mit superioren Eigenschaften liefern.