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Technik|Digitales

Rätsel um riesigen Sprung der Dielektrizitätskonstante gelöst

Der starke Abfall der Dielektrizitätskonstante bei 100 Kelvin in einem Oxid scheint geklärt: Wissenschaftler am Brookhafen’s National-Laboratorium haben herausgefunden, dass der Sprung mit einer Änderung der Schwingungen im Kristallgitter einhergeht.

Dies ist insofern Aufsehen erregend, weil bislang ein Sprung in der Dielektrizitätskonstante als sicheres Zeichen für eine Änderung in der Gitterstruktur galt. Doch so sehr die Forscher auch nach einer Umwandlung der Gitterstruktur suchten, sie konnten keine finden. Als Christopher Homes und sein Team den mysteriösen Kristall jedoch im Infrarotlicht untersuchten, beobachteten sie, dass sich bei der Sprungtemperatur die Absorption des Lichtes änderte. Ein erster Hinweis darauf, dass sich bei der Temperatur die Schwingungen der Atome im Kristall ändern. Weitere Untersuchungen stützen diese These.

„Da sich die Schwingungen in einem Festkörper in erster Linie dann ändern, wenn sich die Ladungsverteilung im Kristall ändert, nehmen wir an, dass sich Ladung auch ohne eine gleichzeitige Strukturumwandlung umverteilen kann“, erklärt Homes. Er vermutet sogar, dass die Ladungspaare in dem Oxid bei 100 Kelvin einfach einfrieren, sich also gar nicht mehr bewegen. Doch warum und ob es einen solchen Gefrierpunkt der Ladungspaare wirklich gibt, ist noch nicht sicher geklärt.

Bei der Verbindung handelt es sich um eine dem Perowskit verwandte Verbindung, die Calcium, Kupfer, Titan und Sauerstoff enthält. Die Substanz hat über einen großen Temperaturbereich, von minus 173 bis 327 Grad Celsius, einen sehr hohen und konstanten Wert für die Dielektrizität. Erst bei minus 173 Grad sackt die Konstante plötzlich schlagartig um den Faktor 1.000 ab.

Je höher die Dielektrizitätskonstante, desto mehr Ladung kann das Material speichern und desto kleiner könnte ein elektronisches Bauteil aus dieser Substanz sein. Deshalb könnte das neue Material auch in der Mikroelektronik zum Einsatz kommen, prognostiziert Homes.

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