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M: Metallphysik

M 12: Grenzflächen

M 12.1: Fachvortrag

Monday, March 26, 2001, 17:15–17:30, S12

Theoretische Untersuchung der Σ3 (111) Korngrenze in SrTiO₃ — •S. Köstlmeier^1,2, S. Hutt¹, C. Elsässer¹ und M. Rühle¹ — ¹Max-Planck-Institut für Metallforschung, Seestrasse 92, D-70174 Stuttgart. — ²Institut für Physik, Technische Universität,D-09107 Chemnitz.

Der Einfluss von Korngrenzen auf die geometrischen und elektronischen Eigenschaften von funktionellen keramischen Werkstoffen wurde an einem strukturell einfachen Beispiel, der Σ3 (111) Korngrenze in SrTiO₃ untersucht. Bandstrukturrechnungen auf der Basis der Dichtefunktionaltheorie mit der “mixed-basis” Pseudopotential-Methode zeigen, dass die perfekte Korngrenze mit einer Energie von 0.5221 J/m² sehr stabil gegenüber der freien Oberfläche ist. Die optimierte Struktur ist in guter Übereinstimmung mit experimentell gemessenen Daten der Σ3-Korngrenze sowohl in SrTiO₃, als auch in BaTiO₃, sowie in der hexagonalen Phase des BaTiO₃. Es wurde also ein charakteristisches, strukturelles Bauelement identifiziert, das an der Korngrenze eine Ionenanordnung ermöglicht, die derjenigen im Volumenkristall sehr ähnlich ist. Die Analyse der elektronischen Struktur belegt, dass durch die strukturelle Relaxation auch die Zustandsdichte und die Elektronendichteverteilung wie im Volumenkristall angestrebt wird, und Abweichungen davon auf einen kleinen Bereich an der Korngrenze lokalisiert sind. Zustände in der Bandlücke treten bei der perfekten Korngrenze nicht auf. Die Ausbildung von Raumladungszonen wurde mit der verwendeten kleinen Superzelle nicht beobachtet.