Struktur und Dynamik ferroischer Grenzflächen

Ferroische Materialien zeigen eine Vielfalt von (elektrischen, mechanischen, magnetischen, etc.) Eigenschaften, und sind auf Grund ihres enormen Anwendungspotentials aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken. In den letzten Jahren hat man herausgefunden, dass sich das Verhalten von Materialien verbessern bzw. steuern lässt, indem man sich ganz gezielt die Funktionalitäten von Grenzflächen, wie z.B. von Domänenwänden oder Phasengrenzflächen zunutze macht.
Solche Grenzflächen sind typischerweise sehr kleine Objekte, d.h. sie haben räumliche Ausdehnungen von einigen Nanometern (1 Nanometer = 0.000001 mm). Trotzdem können diese kleinen Objekte große Änderungen im makroskopischen (d.h. auf der Skala von mm) Verhalten von Materialien hervorrufen, denn es gibt in realen Kristallen oft millionen solcher Grenzflächen.
Im vorliegenden Projekt planen wir in einem engen Zusammenspiel von Experiment und Theorie, fundamentale Fragestellungen bezüglich der Struktur und Dynamik von Grenzflächen zu studieren und deren Einfluss auf das makroskopische Verhalten von Materialien zu untersuchen, um die Materialeigenschaften letztendlich optimieren zu können. Dabei werden wir uns immer besser lokal auflösender Methoden, wie hochauflösender Elektronenmikroskopie oder Kraftmikroskopie bedienen und diese durch makroskopische Experimente ergänzen. Die experimentellen Resultate an komplexen Oxidkristallen sollen mit theoretischen Ergebnissen verglichen werden, um so zu einem tieferen Verständnis zu gelangen.
Der innovative Aspekt unseres Ansatzes liegt in der „multi-Skalen – Physik“ der Problematik: in der Idee, die makroskopischen (mm) Eigenschaften eines makroskopischen Kristalles ausgehend von der mikroskopischen (Angstrom = 0.0000001 mm) Struktur (d.h. der Elementarzelle) über den mesoskopischen Bereich (Domänenwände = einige Nanometer) zu untersuchen und letztendlich auch zu beeinflussen.
Viele der erwarteten Ergebnisse werden Grundlagen für die Entwicklung von neuen funktionellen Materialien mit superioren Eigenschaften liefern.