Forschungsschwerpunkt
Was geschieht in ungeordneten Phasen, den Vorstufen aller Kristalle, wenn Netzebenen, d.h. planare globale Resonanzen noch nicht existieren, das Bloch-Theorem also noch nicht anwendbar ist?Der Übergang von der Nah- (flüssiger / amorpher Zustand) zur Fernordnung (Kristall) ist bis heute nicht gut verstanden. Bottom-up aber auch top-down Techniken werden genutzt,
da die Bildung von Molekülen bzw. die Stabilität kristalliner Systeme gut verstanden sind. Eigenständige Effekte im Zwischenbereich bleiben meist unberücksichtigt. Dabei ist gerade dieser Übergang von außerordentlicher Wichtigkeit, da alle kristallinen Materialien entweder aus der Unordnung heraus entstehen, oder einen ungeordneten Zustand zumindest als Zwischenphase aufweisen. Ein tieferes Verständnis der Strukturbildungsprozesse wird nicht nur zu einem Verständnis der strukturellen Stabilität selbst führen, sondern auch zum Verständnis der sich entwickelnden Transporteigenschaften. Hierin liegt der Schwerpunkt unserer Forschung.
Wir konnten in den letzten Jahren durch systematische Untersuchungen zeigen, dass im Bereich zwischen der lokalen Quantenchemie und den globalen planaren Resonanzen des Kristalls, in ungeordneten Systemen globale sphärische Resonanzen zwischen den makroskopischen Subsystemen auftreten. Es wird eine sphärisch periodische Ordnung, im Mittel um jedes Atom, beobachtet. So wie planare Anordnungen der Atome auf den Netzebenen kollektiv ebene Wellen, z.B. von Elektronen und Phononon, sehr effektiv in bestimmte Richtungen streuen können und durch deren Rückstreuung an geeignet positionierten benachbarten Netzebenen zu deren Lokalisation zwischen den Netzebenen beitragen können, können auch sphärisch periodische Anordnungen von Atomen zur Lokalisation der z.B. Elektronenwellen auf Sphären zwischen den Nächstnachbarschalen führen. Hierbei treten erneut Lücken bzw. Pseudolücken zwischen den bindenden und den antibindenden Zuständen in der elektronischen Dispersion bei EF auf.
Wir konnten verschiedene Szenarien herausarbeiten, mit denen das Gesamtsystem die Resonanzen zu optimieren versucht. In bestimmten Fällen passt sich die statische Struktur an das Elektronensystem an (Hume-Rothery-, Peierls-artig), in anderen Fällen passt sich zusätzlich auch das Elektronensystem an die statische Struktur an (durch Anpassung der Teilchendichte oder der Valenz). Die bekannten Ausschließungsregeln von Hume-Rothery werden dadurch aufgehoben.
