Untersuchung ferroelektrischer u. supraleitender Materialien

Ziel des vorliegenden Projektes ist es, Phasenstabilität, elastische, gitterdynamische und optische Eigenschaften von ferroelektrischen und supraleitenden Materialien mittels ab inito - Rechnungen zu untersuchen. Systematische Analyse vieler verschiedener Substanzen soll in Gemeinsamkeiten und Unterschiede innerhalb dieser Materialien Einblick geben und so zu einem Verständnis ihrer physikalischer Eigenschaften führen. Ein Hauptteil der Arbeit wird der Untersuchung von Phasenübergängen mittels der Linear-Response-Theorie und den damit verbundenen Änderungen der physikalischen Eigenschaften gewidmet sein. Das Projekt wird auch die Implementierung `eines Programmes zur Berechnung elastischer Konstanten in den vorhandenen LAPW-Code umfassen.

Ziel dieses Projektes war es, mit Hilfe von mit parameterfreien Methoden, die auf der Dichtefunktionaltheorie beruhen, supraleitende und ferroelektrische Materialien systematisch zu untersuchen. Auf den ersten Blick sind diese beiden Substanzklassen völlig unterschiedlich: Während Ferroelektrika sich durch hohe dielektrische Konstanten auszeichnen, transportieren Supraleiter den elektrischen Strom verlustfrei. Bei genauerem Hinsehen jedoch haben sie etwas gemeinsam, nämlich die Wichtigkeit von Gitterschwingungen (Phononen) und ihre Nähe zu Phasenübergängen. Ferroelektrika zeigen oft durch Temperatur oder Druck induzierte strukturelle Phasenübergänge, die in vielen Fällen mit dem Weichwerden ("Softening") von Phononen einhergehen. Dies zeigte sich auch im Laufe dieses Projektes im Falle von SrBi 2 Ta2 O9 , wo in unseren Rechnungen eine instabile Mode gefunden wurde. Die verschiedenen Phasen zeigen unterschiedliche physikalische Eigenschaften. Diese "structure-property" - Beziehung spielt auch eine große Rolle in den Hochtemperatursupraleitern. Nur durch Dotierung gehen diese Materialien von antiferromagnetischen Isolatoren in eine metallische Phase über, die dann bei tiefen Temperaturen supraleitend wird. Leichte Modifikationen als auch Druck können zu dramatischen Effekten in der Sprungtemperatur führen. Aus diesem Grunde wurden in diesem Projekt eine Vielzahl an Hoch-Tc - Verbindungen als Funktion von Zusammensetzung, Dotierung und Druck untersucht. Eines der wichtigsten Ergebnisse ist, die Beziehung zwischen diesen drei Parametern zu den dabei induzierten Ladungsträgern zu zeigen, die für den Suprastrom verantwortlich sind. Im Speziellen wurden in systematischen Rechnungen für die Quecksilber-Kuprate die genaue Zahl der in den Kupfer-Sauerstoff-Schichten induzierten Ladungsträger berechnet, sowie Grenzen für deren Erzeugung gefunden. Darüber hinaus konnten die Berechnung von Phononen und Ramanstreuintensitäten für verschiedene Kuprate dazu beitragen, die Rolle der Gitterschwingungen in diesen Materialien zu untersuchen. Während diese Rolle generell bis heute nicht zufriedenstellend geklärt ist, wurde kürzlich eine neue Familie von Supraleitern vorgestellt, die mit Sicherheit auf Phononen basieren. Diese sind MgB2 und verwandte Materialien. Für eines davon, mit Löchern dotiertes LiBC, konnten wir die Sprungtemperaturen als Funktion der Löcherkonzentration mit bis zu 65K berechnen. Dies ist zwar ein etwas geringerer Wert als ursprünglich abgeschätzt, dennoch das höchste je berechnete Tc.