Ab-initio-Modellierung der Moleküladsorption auf ferroelektrischen Substraten
?berblick
Die physikalischen und chemischen Oberfl?cheneigenschaften ferroelektrischer Substrate h?ngen von der Richtung der Polarisierung ab. So sind z.B. der Gefrierpunkt von Wasserfilmen oder die ?tzrate unterschiedlich gepolter Oberfl?chen me?bar verschieden. Auch die molekulare Adsorption wird durch die Dipolorientierung der jeweiligen Substratdom?nen beeinflu?t. Zusammen mit der inzwischen routinem??ig angewandten Polarisationsumkehr definierter Substratbereich ergibt sich dadurch die reizvolle M?glichkeit, chemische Eigenschaften gezielt und domainspezifisch einzustellen, und für technologische Zwecke zu nutzen. Allerdings sind die Ursachen der beobachteten Polarisationsabh?ngigkeit der Oberfl?chenchemie überraschend unklar. Diskutiert werden in diesem Zusammenhang Ladungstransferprozesse und elektrostatische Wechselwirkungen verbunden mit Raumladungsschichten und Bandverbiegungen im Substrat als auch externe Kompensationsladungen bzw. der pyroelektrische Effekt. Andere Erkl?rungen verweisen auf die strukturellen und st?chiometrischen Unterschiede verschieden polarisierter Oberfl?chen. In dem hier vorgeschlagenen Projekt sollen diese Effekte systematisch mit Hilfe parameterfreier Gesamtenergierechnunen untersucht werden. Die Wechselwirkung kleiner Moleküle wie z.B. N2, O2, CO2 und H2O mit den strukturell vergleichsweise gut charakterisierten Lithiumniobatoberfl?chen sind als Ausgangspunkt unserer Untersuchungen geplant. Diese werden sp?ter auf andere ferroelektrische Substrate wie Bariumtitanat und kleine Kohlenwasserstoffe sowie Modelle für Flüssigkristallmoleküle ausgedehnt. Neben der gründlichen Charakterisierung des molekularen Adsorptionsverhaltens, d.h. Thermodynamik und Reaktionskinetik , sind wir insbesondere am Einflu? der Adsorptionsschicht auf die elektronischen und optischen Eigenschaften des Substrats sowie den m?glichen Implikationen für die ferroelektrische Polarisationsumkehr interessiert.
DFG-Verfahren Sachbeihilfen
Key Facts
- Art des Projektes:
- Forschung
- Laufzeit:
- 01/2013 - 12/2020
- Gef?rdert durch:
- DFG
- Website:
-
DFG-Datenbank gepris
Detailinformationen
Ergebnisse
Im Rahmen dieses DFG-Projektes wurde gezeigt, da? die Polarisation ferroelektrischer Oberfl?chen einen gro?en Einflu? auf die molekulare Adsorption hat. Für kleinere Moleküle betrifft dies z.B. die Desorptionstemperatur oder auch die molekulare Ordnung und Korrelationsfunktionen in Wasserschichten, die nicht in unmittelbaren Kontakt mit der Oberfl?che stehen. Im Falle von gr??eren Molekülen wie z.B. in Flüssigkristallen kann es zu einer ?nderung der Molekülorientierungen kommen. Dabei überwiegt der Einflu? der polarisationsabh?ngigen Oberfl?chenst?chiometrie und die dadurch induzierten lokalen Bindungsverh?ltnisse den Einflu? langreichweitiger elektrischer Felder. Anwendungsrelevant ist insbesondere die erstmalige Berechnung kompletter Oberfl?chenphasendiagramme für die relevanten Lithiumniobatkristallorientierungen unter Umgebungsbedingungen. ?Intrinsic LiNbO3 point defects from hybrid density functional calculations? Phys. Rev. B 89, 094111 (2014) Y Li, WG Schmidt, S Sanna (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.094111) ?Modeling LiNbO3 Surfaces at Ambient Conditions? J. Phys. Chem. C 118, 10213 (2014) R. H?lscher, WG Schmidt, S Sanna (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1021/jp502936f) ?Temperature dependent LiNbO3(0001): Surface reconstruction and surface charge? Appl. Surf. Sci. 301, 70 (2014) S Sanna, R H?lscher, WG Schmidt (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.01.104) ?Defect complexes in congruent LiNbO3 and their optical signatures? Phys. Rev. B 91, 174106 (2015) Y Li, WG Schmidt, S Sanna (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.174106) ?Liquid Crystal (8CB) Molecular Adsorption on Lithium Niobate Z-Cut Surfaces? J. Phys. Chem. 119, 9342 (2015) C Braun, S Sanna, WG Schmidt (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b00894) ?Modeling atomic force microscopy at LiNbO3 surfaces from first-principles? Comput. Mater. Sci. 103, 145 (2015) S Sanna, C Dues, WG Schmidt (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.03.025) ?Polaronic deformation at the Fe2+/3+ impurity site in Fe:LiNbO3 crystals? Phys. Rev. B 91, 094109 (2015) A Sanson, A Zaltron, N Argiolas, C Sada, and M Bazzan, WG Schmidt, S Sanna (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.094109) ?Surface induced vibrational modes in the fluorescence spectra of PTCDA adsorbed on the KCl(100) and NaCl(100) surfaces? Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 32891 (2016) A Paulheim, C Marquardt, M Sokolowski, M Hochheim, T Bredow, H Aldahhak, E Rauls and WG Schmidt (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1039/C6CP05661J) ?LiNbO3 surfaces from a microscopic perspective? J. Phys.: Condens. Matter 29, 413003 (2017) S Sanna, WG Schmidt (365足彩投注_365体育投注@he online unter https://doi.org/10.1088/1361-648X/aa818d)Projektbezogene Publikationen (Auswahl)