Schaltbare Kristalle bei Raumtemperatur

Innerhalb der Forschergruppe 520 ("Ferroische Funktionselemente"), die durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert wird, analysiert die Nachwuchsgruppe Nanostrukturphysik um Juniorprofessor Dirk C. Meyer seit circa drei Jahren die strukturellen und elektrischen Eigenschaften verschiedener Materialien. Eines davon ist Strontiumtitanat (Sr₂TiO₃) - eine chemische Verbindung von Strontium, Titan und Sauerstoff, die in der Natur nur äußerst selten zu finden ist und für technische Anwendungen aufwendig synthetisch erzeugt werden muss. Strontiumtitanat gehört zu einer Gruppe von Kristallen, die in ihrer regelmäßigen Struktur dem Mineral Perowskit (Calciumtitantrioxid) ähneln.

Dabei prüften die Festkörperphysiker auch, welche Änderungen der Atomanordnung durch das Anlegen einer elektrischen Spannung auftreten, und welche neuen Materialeigenschaften mit so einer Umordnung verbunden sind. Besonders interessant war, dass sich die Atome der untersuchten Strontiumtitanat-Kristalle durch erneutes Anlegen von Feldern offenbar wieder und wieder umordnen lassen, und zwar nicht erst bei den ansonsten erforderlichen höheren Temperaturen, sondern schon bei Raumtemperatur. Durch Interferenzmessungen mit Röntgenstrahlen wiesen die Forscher kürzlich präzise nach, dass die Kristallstruktur von Strontiumtitanat tatsächlich gezielt und umkehrbar "geschaltet" werden kann. Ihre Ergebnisse haben sie unlängst unter anderem auf der Herbsttagung der Materials Research Society in Boston/USA vorgestellt sowie in der angesehenen Zeitschrift Applied Physics publiziert.

Die Technische Universität Dresden hat inzwischen mehrere Patentanmeldungen zu technischen Anwendungen dieser Forschungsergebnisse eingereicht, rückt doch die Umkehrbarkeit so eines Schaltvorgangs gänzlich neue Einsatzmöglichkeiten ins Blickfeld von Forschern und Technikern. So könnte Strontiumtitanat in der Optoelektronik verstärkt Verwendung finden, und es erscheint nun auch möglich, neuartige Datenspeicher, die das reversible Schalten auf kleinstem Raum zur Grundlage haben, zu bauen. Da ist es nur verständlich, dass Hersteller von Kristallen, aber auch von optischen Geräten und Datenspeichern lebhaft an Kooperationen mit der Nachwuchsgruppe interessiert sind.

A.A. Levin, P. Pauflera and D.C. Meyer:
Low-temperature domain behaviour of a SrTiO₃ (0 0 1) single-crystal plate.
In: Physica B: Condensed Matter; Volume 393, Issues 1-2, 30. April 2007, Pages 373-381, DOI 10.1016/j.physb.2007.01.029

Quelle: Technische Universität Dresden

Aktualisiert am 14.01.2008.

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