Translations- und Rotationsdynamik in kationenleitenden Rotorphasen

In kationenleitenden kristallinen Systemen mit translatorisch fixierten, aber rotatorisch fehlgeordneten tetraedrischen Oxoanionen (z.B. in den Hochtemperaturphasen von Natriumorthophosphat und Lithiumsulfat) werden die Elementarschritte von Kationentranslation und Anionenreorientierung mit verschiedenen dynamischen Methoden untersucht. Ziel ist die Detektion und Charakterisierung einer möglichen dynamischen Kopplung zwischen den beiden Bewegungsformen und damit eine Antwort auf die Frage, ob die hohe ionische Leitfähigkeit in diesen Systemen auf einem besonderen Leitfähigkeitsmechanismus beruht (paddle-wheel mechanism). Aufgrund des fehlenden Dipolmoments leisten die Anionen hier selbst bei hohen Frequenzen keinen Beitrag zur Leitfähigkeit, so dass Leitfähigkeitsmessungen über einen großen Frequenzbereich (von einigen Hertz bis über 10 THz) vorteilhaft zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs des Kationentransports eingesetzt werden können. Die Untersuchung der Anionenreorientierung erfolgt mit Hilfe der quasielastischen Neutronenstreuung, die Aussagen über den zeitlichen und örtlichen Ablauf dieser Bewegung ermöglicht. Im Gegensatz zu den meisten quasielastischen Neutronenstreuuntersuchungen, bei denen die Dynamik von inkohärent streuenden Protonen untersucht wird, müssen bei der Interpretation unserer Neutronenstreuresultate neue Wege beschritten werden, da hier die quasielastische Streuung im Wesentlichen die Bewegung der kohärent streuenden Sauerstoffatome abbildet.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

PD Dr. Dirk Wilmer (Leiter), Dipl.-Phys. Harald Feldmann, Dr. Radha D. Banhatti, Prof. Dr. Klaus Funke, Prof. Dr. Hellmut Eckert, Dr. Michael Witschas, Dr. Ruep E. Lechner (Hahn-Meitner-Institut Berlin), Dr. Jerome Combet (Institut Laue-Langevin Grenoble)

Veröffentlichungen:

D. Wilmer, H. Feldmann, R.E. Lechner: Cation and anion dynamics in the fast ion conducting rotor phase of ⁷Li₂SO₄, Physica B 276-278 (2000) 232

M. Witschas, H. Eckert, D. Wilmer, R.D. Banhatti, K. Funke, J. Fitter, R.E. Lechner, G. Korus, M. Jansen: Anion rotation and cation transport in the rotor phase of a-sodium orthophosphate, Z. Phys. Chemie 214 (2000) 643

D. Wilmer, J. Combet: Sodium ion hopping in the high-temperature plastic phase of sodiumortho-phosphate, ILL Experimental Report 7-07-138, http://www.ill.fr, 2000.