Projekt REXSuppress

Logo REXSuppress Das Projekt „Resonante Röntgendiffraktion unter optimierter destruktiver Interferenz zur hochsensitiven Bestimmung phasenaufgelöster lagespezifischer Atomverrückungen in kristallinen Materialien“ (REXSuppress) wird seit November 2016 am Institut für Experimentelle Physik von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) gefördert. Das Projekt basiert auf dem neuartigen Ansatz Resonantly Suppressed Diffraction (RSD), mit welchem kleinste Abweichungen der Atompositionen von der Idealstruktur auf Pikometer-Genauigkeit quantifiziert werden können. Wie bei allen resonanten Techniken wird das lokale elektronische System einer atomaren Spezies resonant durch gezielt gewählte Wellenlängen des Röntgenspektrums angeregt. Das Besondere der RSD ist der Fokus auf ein Intensitätsminimum nahe der Absorptionskante eines Bragg-Reflexes, welches durch destruktive Interferenz hervorgerufen wird. Dieses Intensitätsminimum ist hochsensitiv auf kleinste Abweichungen der atomaren Ordnung. Somit bietet die RSD-Methode einen innovativen Ansatz für die Charakterisierung von dynamischen Prozessen und Phasenumwandlungen, auch unter dem Einfluss externer Parameter wie Temperatur, mechanischer Spannung sowie elektrischen oder magnetischen Feldern.

Methodisch stellt RSD eine Kombination von Röntgenspektroskopie und -diffraktometrie auf Basis resonanter Effekte dar und ist in den Bereich des Resonant Elastic X-Ray Scattering (REXS) einzuordnen. Experimente zu dieser Methode können nur an Synchrotronstrahlungsquellen durchgeführt werden.

Intensitätsantwort des 007-Reflexes auf atomare Verrückungen induziert in SrTiO3 Der innovative Ansatz eignet sich für Fragestellungen aus der chemischen Kristallographie, aber auch aus den Material-, Geo-, Bio- und Umweltwissenschaften. RSD bietet weiterhin auch eine einzigartige Möglichkeit zur Untersuchung von Defekten in kristallinen Festkörpern. Diese Defekte und ihre kristalline Nahordnung bestimmen eine Vielzahl technisch relevanter Eigenschaften. Genaue Kenntnisse und eine exakte Vermessung der Defekte tragen maßgeblich zu einem besseren Verständnis der Materialien bei und können durch gezielte Modifikation (Defect Engineering) bestehende Eigenschaften optimieren oder neue hervorrufen. Somit hat die RSD-Methode auch im Bereich der Halbleiterindustrie, insbesondere bei der Datenspeicherung, sowie der elektrochemischen Energiespeicherung eine außerordentliche Bedeutung. Der Ansatz wurde von Dr. Carsten Richter im Zuge seiner Doktorarbeit entwickelt und erfolgreich zur strukturellen Aufklärung der Migrations-induzierten Feld-stabilisierten polaren (MFP) Phase in Strontiumtitanat SrTiO3 angewendet (siehe Abbildung). Er konnte im renommierten Wissenschaftsjournal Nature Communications veröffentlicht werden.

Graduierungsarbeiten:

Publikationen:

Vorträge:

  • M. Nentwich, C. Richter, M. Zschornak, T. Weigel, D. Novikov, D. C. Meyer
    Analysis of Ferroelectric Strontium Titanate Thin Films with Resonant X-ray Diffraction
    Joint Polish-German Crystallographic Meeting 2020, Wroclaw, Polen, 24.–27. Februar 2020, Vortrag

  • T. Weigel, C. Richter, M. Nentwich, M. Zschornak, D. C. Meyer
    Characterization of dynamic thermal displacements of yttrium manganese oxide
    Joint Polish-German Crystallographic Meeting 2020, Wroclaw, Polen, 24.–27. Februar 2020, Vortrag

  • M. Zschornak
    Phase Transitions in Functional Oxides
    Workshop on Crystal Phase Transitions due to Electric Fields and Standing Acoustic Waves, M. V. Lomonosov Moscow State University, Moskau, Russland, 20.–26. Januar 2020, eingeladener Vortrag

  • T. Weigel
    Synchrotron sample chamber for in-situ experiments
    Workshop on Crystal Phase Transitions due to Electric Fields and Standing Acoustic Waves, M. V. Lomonosov Moscow State University, Moskau, Russland, 20.–26. Januar 2020, Vortrag

  • M. Zschornak
    Resonantly Suppressed Diffraction – Probing structural distortions with sub-picometer spatial resolution
    4th International Conference on Resonant Elastic X-ray Scattering (REXS 2019), Riverhead, Long Island, New York, USA, 17.–21. Juni 2019, Vortrag

  • M. Zschornak
    Harmonic principles and resonance in crystals
    Skyland Meeting 2019, Sedgefield Western Cape, Südafrika, 28.–31. März 2019, Eingeladener Vortrag

  • M. Zschornak
    Breaking Crystalline Symmetries
    Physikalisches Kolloquium der TU Chemnitz, 28. November 2018, eingeladener Vortrag

  • M. Zschornak Breaking Crystalline Symmetries – The Local Electronic Structure
    31st European Crystallographic Meeting, Oviedo, Spanien, 22.–27. August 2018, Vortrag zur Verleihung des Erwin-Felix-Lewy-Bertaut-Preises

  • M. Nentwich, M. Zschornak, M. Sonntag, R. Gumeniuk, S. Gemming, T. Leisegang, D. C. Meyer
    Structure variations within certain rare-earth disilicides
    26. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie, Essen, 5.–8. März 2018, Vortrag S20-01

  • M. Zschornak
    Solid High-Valence Ion Conductors - Challenges and Perspectives
    4th Annual World Congress of Smart Materials – WCSM-2018, Osaka, Japan, 5.–8 März 2018, eingeladener Vortrag

  • M. Zschornak, C. Richter, D. Novikov, E. Mehner, M. Nentwich, S. Gorfman, J. Hanzig, H. Stöcker, T. Leisegang, D. C. Meyer
    Probing structural distortions with new high-precision resonant X-ray diffraction approach
    24th Congress and General Assembly of the IUCr, Hyderabad, Indien, 21.–28. August 2017, Vortrag

  • M. Zschornak, C. Richter, D. V. Novikov, E. Mehner, M. Nentwich, J. Hanzig, S. Gorfman, H. Stöcker, T. Leisegang, D. C. Meyer
    Probing structural distortions with high precision Resonant X-ray diffraction with photon energies tuned to destructive interference
    25. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie, Karlsruhe, 27.–30. März 2017, Vortrag MS17-01

Poster:

  • M. Nentwich, T. Weigel, M. Zschornak, C. Richter, T. Köhler, E. Mehner, D. Novikov, D. C. Meyer
    LiTaO3 defect structures by means of forbidden reflections
    1st Joint Meeting of the Young Crystallographers (DGK) and the Young Crystal Growers (DGKK), Köln, 19.–20. September 2019, Poster

  • M. Nentwich, T. Weigel, M. Zschornak, C. Richter, T. Köhler, E. Mehner, D. Novikov, D. C. Meyer
    LiTaO3 defect structures by means of forbidden reflections
    32nd European Crystallographic Meeting, Wien, Österreich, 18.–23. August 2019, Poster

  • T. Weigel, C. Richter, M. Nentwich, E. Mehner, M. Zschornak, D. C. Meyer
    Morphological analysis of the migration-induced field-stabilized polar phase in SrTiO3 with Scanning X-ray Diffraction Microscopy
    32nd European Crystallographic Meeting, Wien, Österreich, 18.–23. August 2019, Poster

  • T. Weigel
    Morphology and strain field of the migration-induced field-stabilized polar phase in SrTiO3
    4th International Conference on Resonant Elastic X-ray Scattering (REXS 2019), Riverhead, Long Island, New York, USA, 17.–21. Juni 2019, Poster

  • T. Weigel, M. Zschornak, T. Behm, C. Funke, S. Jachalke, C. Richter, M. Nentwich, H. Stöcker, T. Leisegang, D. C. Meyer
    Assessment of Pyroelectricity in Polar Oxides from Atomic Displacements
    HERCULES School, Grenoble, Frankreich, 8.–12. April 2019, Poster

  • M. Nentwich, T. Weigel, M. Zschornak, C. Richter, E. Mehner, H. Stöcker, D. C. Meyer
    Sample environment chamber for the manipulation of temperature and electric field for synchrotron measurements
    27. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie, Leipzig, 25.–28. März 2019, Poster P078

  • M. Nentwich, C. Richter, T. Weigel, E. Mehner, M. Zschornak, D. C. Meyer
    Manipulation of the Sample Environment with the ‚Nordseekammer‘ at P24
    3rd Meeting of the Young Crystallographers, Aachen, 12.–14. September 2018, Lightning Talk und Poster

  • T. Weigel, C. Richter, M. Nentwich, E. Mehner, M. Zschornak, C. Funke, D. C. Meyer
    Morphology and strain field of the migration-induced field-stabilized polar phase of strontium titante
    3rd Meeting of the Young Crystallographers, Aachen, 12.–14. September 2018, Lightning Talk und Poster

  • M. Nentwich, C. Richter, T. Weigel, M. Zschornak, D. C. Meyer
    Atomic displacements in yttrium-manganese-oxide with and without Fe-substitution, revealed by resonant X-ray diffraction
    31st European Crystallographic Meeting, Oviedo, Spanien, 22.–27. August 2018, Poster MS14-P04

  • T. Weigel, M. Zschornak, C. Funke, S. Jachalke, C. Richter, M. Nentwich, H. Stöcker, T. Leisegang, D. C. Meyer
    Assessment of Pyroelectricity in Polar Oxides from Atomic Displacements
    31st European Crystallographic Meeting, Oviedo, Spanien, 22.–27. August 2018, Poster MS16-P15

  • M. Nentwich, M. Zschornak, M. Sonntag, R. Gumeniuk, S. Gemming, T. Leisegang, D. C. Meyer
    Structure variations within certain rare earth-disilicides
    24th Congress and General Assembly of the IUCr, Hyderabad, Indien, 21.–28. August 2017, Poster

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