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Ab-initio-Untersuchungen zu den statischen und dynamischen Eigenschaften der IV-VI-Ferroelektrika GeTe und SnTe

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Keywords
  • 530 Physik

Abstract

Inhalt dieser Arbeit ist die Ab-initio-Untersuchung der strukturellen, elektronischen und gitterdynamischen Eigenschaften der IV-VI-Verbindungen GeTe und SnTe. Beide Substanzen durchlaufen bei Abkühlung einen Phasenübergang in eine Struktur geringerer Symmetrie, die Ferroelektrizität zeigt. GeTe und SnTe sind die einfachsten Kristallstrukturen, welche einen solchen Phasenübergang aufweisen, und bieten sich damit für eine erste vollständige Ab-initio-Rechnung zu diesem Phänomen an. Der strukturelle Übergang kann beschrieben werden durch das Auslenkungsmuster einer transversal-optischen Mode im Zentrum der Brillouinzone, für die die Rückstellkräfte beim Phasenübergang verschwinden. Dies entspricht einer zu Null gehenden Energie dieser Mode bei der kritischen Temperatur. Die Temperaturabhängigkeit dieser Mode wird hervorgerufen durch anharmonische Kopplungen im Phononensystem; die daraus resultierenden Beiträge führen zu einer Verschiebung der Phononenergie gegenüber dem Wert der harmonischen Näherung. Nach einer Übersicht über die Methoden der Dichtefunktional- und der Dichtefunktional-Störungstheorie werden zunächst umfassende Untersuchungen der Gitterstrukturen und der vorliegenden Bindungsverhältnisse vorgestellt. Die Resultate für die harmonische Gitterdynamik liefern einen weiteren klärenden Beitrag zur Frage der relativen Stabilität der Hoch- und Tieftemperaturstrukturen. Im zweiten Teil der Arbeit wird der Zugang zu den temperaturabhängigen anharmonischen Effekten beschrieben. Die thermodynamische Ein-Phonon-Green-Funktion wird in einer Störungsreihe entwickelt und die Diagramme niedrigster Ordnung ausgewertet. Insbesondere werden an dieser Stelle Methoden zur Ab-initio-Berechnung der anharmonischen Phonon-Kopplungskoeffizienten dritter und vierter Ordnung beschrieben. Die Ergebnisse für die temperaturabhängige Frequenz der TO-Mode am Gammapunkt in SnTe werden abschliessend diskutiert.

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