Strukturelle Unordnung als Phasenübergangsparameter

  Schematische Darstellung der Wellenfunktionen der Ladungsträger mit zunehmender Unordnung. Urheberrecht: I. Physikalisches Institut Schematische Darstellung der verschiedenen Strukturen in Phasenwechselmaterialien. Veröffentlicht in IOPscience.

Strukturelle Unordnung ist eine entscheidende Eigenschaft von Phasenwechselmaterialien, die einen wesentlichen Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften des Systems hat. Durch Tempern erhöht sich die Mobilität der Atome und eine energetisch günstigere Ordnung kann vom System angenommen werden. Dabei ist es manchmal energetisch günstig Leerstellen in das System einzubauen. Zusätzlich zum Übergang von amorph zu kristallin beobachtet man in einigen Systemen einen weiteren Übergang von einer kubischen in eine hexagonale Kristallstruktur, der sehr nah am Metall-Isolator-Übergang liegt.

  Schematische Darstellung der Wellenfunktionen der Ladungsträger mit zunehmender Unordnung. Urheberrecht: I. Physikalisches Institut Schematische Darstellung eines Anderson-Übergangs. Mit steigender Unordnung überlappen die Wellenfunktionen der Ladungsträger immer weniger.

Durch die starke Änderung der Systemordnung beim kubisch-hexagonalen Übergang liegt die Vermutung nahe, dass es sich beim Metall-Isolator-Übergang um einen sogenannten Anderson-Phasenübergang handelt. Hierbei führt die Unordnung in einem System zu einer Verschiebung des Energieniveaus der Ladungsträger. Dies resultiert in einem Abbruch der Wellenfunktion und einer Lokalisierung der betroffenen Ladungsträger, was sich in einer starken Änderung der Materialeigenschaften widerspiegelt.

Die genaue Natur des Übergangs und der Zusammenhang zwischen dem strukturellen und Metall-Isolator-Übergang ist jedoch nicht vollständig geklärt und ein wichtiger Bestandteil unserer Forschung. Darüber hinaus untersuchen wir neue Möglichkeiten mit denen wir die Unordnung in Phasenwechselmaterialien beeinflussen können, um eine kontrolliertes Schalten zwischen den Phasen zu ermöglichen.