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Regensburg 2002 – scientific programme

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DF: Dielektrische Festkörper

DF 8: Phasenüberg
änge und Spektroskopie

DF 8.1: Invited Talk

Thursday, March 14, 2002, 14:30–15:10, 11

Phasenübergänge in Wasserstoffbrücken gebundenen Ferroelektrika — •Annette Bussmann-Holder — Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstr.1, D-70569 Stuttgart

Mit Ausnahme des Quantenparaelektrikums SrTiO3, zeigen Wasserstoffbrücken gebundene Ferroelektrika als einzige ferroelektrische Systeme einen sehr grossen Isotopeneffekt auf die Phasenübergangstemperatur Tc, wenn die Protonen durch Deuteronen substituiert werden. Der Effekt ist nicht vorhanden, wenn andere Ionen durch Isotopen ersetzt werden. Konsequenterweise wurde der Phasenübergangsmechanismus im Rahmen eines Pseudospinmodells beschrieben, in dem die Protonen in einem Doppelminimumpotential lokalisiert sind und oberhalb von Tc zwischen den Minima tunneln können, während unterhalb der Phasenübergangstemperatur eine kooperative Ordnung verbunden mit einem Ordnungs/Unordnungsübergang auftritt. Dass dieser Mechnismus weder die komplexe Dynamik dieser Systeme noch den Isotopeneffekt vollständig beschreibt, wurde in einer Reihe von unterschiedlichen Experimenten nachgewiesen, wo insbesondere gezeigt wurde, dass die O-H-O Bindungssymmetrie eine entscheidende Rolle für den Isotopeneffekt spielt. Ein konsistentes Modell, das sowohl den Isotopeneffekt bei Deuterierung als auch den abwesenden bei Substitution der anderen Ionen erklärt, basiert auf der starken nichtlinearen Polarisierbarkeit der Ionenmatrix, in die die Protonen eingebettet sind, bilinear gekoppelt an die Pseudospins. Im Rahmen dieses Modells wird gezeigt, dass der Isotopeneffekt eine Konsequenz des polaren Gitters und der genauen Bindungssymmetrie der Wasserstoffbrücken ist. Ferner ergibt sich, dass der Phasenübergang nicht nur vom Ordnungs/Unordnungs-Typ ist, sondern eine substantielle displazive Komponente aufweist, was mittels hochauflösender NMR-Spektroskopie nachgewiesen wurde. Konsequenzen dieses Modells für andere als ferroelektrische Verbindungen, z. B. biologische Systeme, werden diskutiert.

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