Projekt 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.
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:
- Melanie Nentwich
Die Struktur der Seltenerd-Übergangsmetall-Silizide
Dissertation, Institut für Experimentelle Physik, TU Bergakademie Freiberg, 2020
- Carsten Richter
Resonante Röntgenbeugung zur hochaufgelösten Charakterisierung atomarer Verrückungen in Kristallen
Dissertation, Institut für Experimentelle Physik, TU Bergakademie Freiberg, 2017
Publikationen:
- T. Weigel, C. Richter, M. Nentwich, M. Zschornak, D. C. Meyer
Characterization of dynamic thermal displacement of yttrium manganate YMn2O5
In Bearbeitung
- M. Nentwich, C. Richter, T. Weigel, M. Zschornak, D. Novikov, D. C. Meyer
Analysis of Ferroelectric Strontium Titanate Thin Films with Resonant X-Ray Diffraction
In Bearbeitung
- M. Nentwich, T. Weigel, C. Richter, H. Stöcker, E. Mehner, S. Jachalke, M. Zschornak, D. C. Meyer
Synchrotron sample chamber for in-situ experiments under high electric fields and temperatures between 100 K and 1250 K
Journal of Synchrotron Radiation (2020) eingereicht
- M. Zschornak, J. Hanzig, H. Stöcker, T. Leisegang, S. Gemming, D. C. Meyer
Structural transformation of the SrTiO3 surface region due to electric fields at ambient temperature
In: Switchable Oxides, edited by K. S. Szot, W. Speier, K. Roleder, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warschau (2020)
- T. Weigel, C. Funke, M. Zschornak, T. Behm, H. Stöcker, T. Leisegang, D. C. Meyer
X-ray diffraction using focused-ion-beam-prepared single crystals
Journal of Applied Crystallography 53 (2020) 614–622
- M. Nentwich, M. Zschornak, M. Sonntag, R. Gumeniuk, S. Gemming, T. Leisegang, D. C. Meyer
Structure variations within RSi2 and R2TSi3 silicides. Part I. Structure overview
Acta Crystallographica B 76 (2020) 177–200
- M. Nentwich, M. Zschornak, M. Sonntag, R. Gumeniuk, S. Gemming, T. Leisegang, D. C. Meyer
Structure variations within RSi2 and R2TSi3 silicides. Part II. Structure driving factors
Acta Crystallographica B 76 (2020) 378–410
- C. Richter, M. Zschornak, D. Novikov, E. Mehner, M. Nentwich, J. Hanzig, S. Gorfman, D. C. Meyer
Picometer polar atomic displacements in strontium titanate determined by resonant X-ray diffraction
Nature Communications 9 (2018) 178
- A. Vyalikh, M. Zschornak, T. Köhler, M. Nentwich, T. Weigel, J. Hanzig, R. Zaripov, E. Vavilova, S. Gemming, E. Brendler, D. C. Meyer
Analysis of the defect clusters in congruent lithium tantalate
Physical Review Materials 2 (2018) 013804
- H. Stöcker, J. Hanzig, M. Zschornak, E. Mehner, S. Jachalke, C. Richter, F. Hanzig, F. Meutzner, T. Leisegang, D. C. Meyer
Strontium titanate: From symmetry changes to functionality
Crystal Research & Technology 52 (2017) 1600222
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:
- T. Weigel, C. Richter, M. Nentwich, M. Zschornak, D. C. Meyer
Structure of ferroelectric low temperature phase of yttrium manganate YMn2O5 revisited
25th Congress of the International Union of Crystallography, Prag, Tschechische Republik, 14.–22. August 2021, Poster
- T. Weigel, C. Richter, M. Nentwich, D. Novikov, M. Zschornak, D. C. Meyer
Structure of ferroelectric low temperature phase of yttrium manganate YMn2O5 revisited
29. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Kristallographie, Hamburg, 15.–18. März 2021, Poster
- T. Weigel, C. Richter, M. Nentwich, D. Novikov, M. Zschornak, D. C. Meyer
Structural characterization of a commensurate low temperature phase of yttrium manganate oxide in picometer range with resonate X-ray diffraction
DESY Photon Science User Meeting, Hamburg, 25.–29. Januar 2021, 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