Fachbereich 12 - Chemie und Pharmazie
Institut für Physikalische Chemie
Prof. Dr. K. Funke

Elementarschritte der Ionenbewegung in Kristallen

Wir untersuchen die Elementarschritte der Ionenbewegung in stark fehlgeordneten Kristallen und in kristallinen Elektrolyten mit struktureller Fehlordnung. Als experimentelles Verfahren wird vor allem die Leitfähigkeits-Spektroskopie verwendet, aber auch die Vermessung des Ionen-Halleffekts. Mit Hilfe der Leitfähigkeits-Spektroskopie, die weltweit nur in wenigen Laboratorien eingesetzt wird und extrem aussagekräftig ist, überdecken wir auf der Frequenzskala 18 Dekaden, von 0.1 mHz bis 100 THz. Dazu werden im Impedanz-, Radio-, Mikrowellen- und Infrarotbereich unterschiedliche Apparaturen verwendet. Die temperaturabhängig gewonnenen Spektren führen auf die relevanten Zeitkorrelationsfunktionen, die die Bewegung der Ionen beschreiben. An den Beispielen &b-AgI und RbAg₄I₅ sind die Vorhersagen des Konzepts der Fehlanpassung und Relaxation (Concept of Mismatch and Relaxation, CMR, vgl. C₄) überprüft worden. Insbesondere konnte aufgrund der Temperatur- und Frequenzabhängigkeit der ionischen Leitfähigkeit in RbAg₄I₅ gezeigt werden, dass sich beim Übergang von der &b-Phase in die Tieftemperatur-&g-Phase der Anteil der beweglichen Silberionen auf wenige Prozent verringert. Zugleich konnte innerhalb der &g-Phase ein dem erwarteten Spektrum überlagerter "Nearly Constant Loss" Anteil nachgewiesen werden. Dieser Effekt ließ sich mit Hilfe des CMR Modells in konsistenter Weise erklären. Er wird hervorgerufen durch nur geringfügig aktivierte, streng lokalisierte Bewegungen miteinander wechselwirkender Ionen. Ein besonderes Highlight war der experimentelle Nachweis des Ionen-Halleffekts in &a-RbAg₄I₅, der uns mit Hilfe einer extrem empfindlichen Doppelwechselfeld-Apparatur gelang. Wie sich zeigt, sind in diesem klassischen kristallinen Ionenleiter Hall- und Driftbeweglichkeit der Silberionen einander gleich, wenn man alle Silberionen als beweglich ansieht.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft (SFB 458), Zuschüsse: Fonds der Chemischen Industrie

Beteiligte Wissenschaftler:

Dr. R.D. Banhatti, Dr. S. Brückner, HD Dr. C. Cramer, Prof. Dr. K. Funke, Ing. H. Kreiterling, C. Krieger, Dr. A. Mandanici, Dr. C. Martiny, Dr. I. Ross, Dr. C.H.J. Stuhrmann, HD Dr. D. Wilmer

Veröffentlichungen:

Stuhrmann, C.H.J., H. Kreiterling, K. Funke : Ionic Hall Effect Measured in Rubidium Silver Iodide, Phys.Chem.Chem.Phys. 3, 2557, 2001

Funke, K., C. Cramer : Amorphous Materials, Frequency-Dependent Ionic Conductivity, in: Encyclopedia of Materials: Science and Technology, K.H.J.Buschow, R.W. Cahn, M.C. Flemings, B. Ilschner, E.J. Kramer, S. Mahajan eds., Vol. 1, 189, Elsevier, Oxford, 2001

Funke, K : Ionic Motion in Materials with Disordered Structures, BunsenMagazin 3/2001, 170, 2001

Stuhrmann, C.H.J., H. Kreiterling, K. Funke : Ionic Hall Effect Measured in Rubidium Silver Iodide, Solid State Ionics 154-155, 109, 2002

Funke, K., R.D. Banhatti, C. Cramer, D. Wilmer : Dynamics of Mobile Ions in Crystals, Glasses and Melts, Described by th Concept of Mismatch and Relaxation, Solid State Ionics 154-155, 65, 2002

Funke, K., R.D. Banhatti, S. Brückner, C. Cramer, C. Krieger, A. Mandanici, C. Martiny, I. Ross : Ionic Motion in Materials with Disordered Structures - Conductivity Spectra and the Concept of Mismatch and Relaxation, Phys.Chem.Chem.Phys. 4, 3155, 2002