Sonderforschungsbereiche
Sonderforschungsbereich 458 - Ionenbewegung in Materialien mit ungeordneten Strukturen -
vom Elementarschritt zum makroskopischen Transport -
B5 - Prof. Dr. H. Eckert / Prof. Dr. A. Heuer / Dr. Michael Vogel

Charakterisierung der Ionendynamik in kristallinen und glasigen Ionenleitern
mittels mehrdimensionaler NMR-Methoden.

Es kommen ein- und mehrdimensionale ¹⁰⁹Ag NMR Experimente sowie numerische Simulationsverfahren zum Einsatz, um die Dynamik von Ag⁺- Ionen in kristallinen und glasigen Festkörperelektrolyten zu studieren. Die Untersuchungen an den kristallinen Systemen konzentrieren sich auf den Ionenleiter Ag₇P₃S₁₁, dessen ß-Phase im Existenzbereich 140 K < T < 200 K eine stark gestörte Struktur aufweist. In dieser Phase zeigt die 2-dimensionale ¹⁰⁹Ag NMR einen deutlich nichtexponentiellen Zerfall der Zweizeitenkorrelationsfunktion, die sich mit Hilfe einer gestreckten Exponentialfunktion F(t) = exp-(t/t)^ß mit ß = 0.4 anpassen lässt. Durch Messung der Dreizeitenkorrelationsfunktion konnte modellfrei gezeigt werden, dass das beobachtete nichtexponentielle Relaxationsverhalten im wesentlichen eine dynamische Heterogenität widerspiegelt. Gleichzeitig erlauben diese Messungen den Rückschluss, dass korrelierte Hin- und Rücksprünge im vorliegenden System auf der ms/s Zeitskala nicht nachgewiesen werden können.

Für diverse Silberphosphatgläser zeigt die Zweizeitenkorrelationsfunktion einen noch stärker nicht-exponentiellen Abfall (0.15 < ß < 0.4). Des weiteren zeigen 1D - Spektren im wesentlichen Superpositionen einer statischen und einer dynamisch voll ausgemittelten Linienform. Messergebnisse der Drei- und Vierzeitenkorrelationsfunktionen stehen eindeutig mit dem Vorliegen ausgeprägter dynamischer Heterogenitäten im Einklang und bestätigen das Ergebnis vorangegangener Untersuchungen.

Drittmittelgeber:

Deutsche Forschungsgemeinschaft

Beteiligte Wissenschaftler:

Prof. Dr. Hellmut Eckert, Prof. Dr. Andreas Heuer, Dr. Michael Vogel, Dipl.-Chem. Christian Brinkmann

Veröffentlichungen:

Michael Vogel, Christian Brinkmann, Hellmut Eckert, Andreas Heuer, Dynamics of Silver ions in Crystalline and Glassy Ion Conductions Studied by Multidimensional ¹⁰⁹Ag NMR, J. Noncryst. Solids, 307, 971 - 980, (2002).

Michael Vogel, Christian Brinkmann, Hellmut Eckert, Andreas Heuer, Silver Dynamics in Silver Iodide/Silver Phosphate Glasses Studied by Multi-Dimensional ¹⁰⁹Ag NMR, Phys. Chem. Chem. Phys.4, 3237   3245 (2002).

Michael Vogel, Christian Brinkmann, Hellmut Eckert, Andreas Heuer, Two-Dimensional ¹⁰⁹Ag NMR and Random-Walk Simulation Studies of Silver Dynamics in Glassy Silver Ion Conductors, Solid State NMR 22, 344 - 362 (2002).