Ab-initio-Modellierung der Moleküladsorption auf ferroelektrischen Substraten

Die physikalischen und chemischen Oberflächeneigenschaften ferroelektrischer Substrate hängen von der Richtung der Polarisierung ab. So sind z.B. der Gefrierpunkt von Wasserfilmen oder die Ätzrate unterschiedlich gepolter Oberflächen meßbar verschieden. Auch die molekulare Adsorption wird durch die Dipolorientierung der jeweiligen Substratdomänen beeinflußt. Zusammen mit der inzwischen routinemäßig angewandten Polarisationsumkehr definierter Substratbereich ergibt sich dadurch die reizvolle Möglichkeit, chemische Eigenschaften gezielt und domainspezifisch einzustellen, und für technologische Zwecke zu nutzen. Allerdings sind die Ursachen der beobachteten Polarisationsabhängigkeit der Oberflächenchemie überraschend unklar. Diskutiert werden in diesem Zusammenhang Ladungstransferprozesse und elektrostatische Wechselwirkungen verbunden mit Raumladungsschichten und Bandverbiegungen im Substrat als auch externe Kompensationsladungen bzw. der pyroelektrische Effekt. Andere Erklärungen verweisen auf die strukturellen und stöchiometrischen Unterschiede verschieden polarisierter Oberflächen. In dem hier vorgeschlagenen Projekt sollen diese Effekte systematisch mit Hilfe parameterfreier Gesamtenergierechnunen untersucht werden. Die Wechselwirkung kleiner Moleküle wie z.B. N2, O2, CO2 und H2O mit den strukturell vergleichsweise gut charakterisierten Lithiumniobatoberflächen sind als Ausgangspunkt unserer Untersuchungen geplant. Diese werden später auf andere ferroelektrische Substrate wie Bariumtitanat und kleine Kohlenwasserstoffe sowie Modelle für Flüssigkristallmoleküle ausgedehnt. Neben der gründlichen Charakterisierung des molekularen Adsorptionsverhaltens, d.h. Thermodynamik und Reaktionskinetik , sind wir insbesondere am Einfluß der Adsorptionsschicht auf die elektronischen und optischen Eigenschaften des Substrats sowie den möglichen Implikationen für die ferroelektrische Polarisationsumkehr interessiert.

DFG-Verfahren Sachbeihilfen