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Komplexe Materialien

Rappelnde Hanteln und Nanostrukturierte Thermoelektrika

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Wir haben das thermoelektrische Material Zn4Sb3 mittels inelastischer Neutronenstreuung und spezifischer Wärmemessungen untersucht, um den Zusammenhang zwischen Gitterdynamik und thermischer Leitfähigkeit zu verstehen. Unsere Messungen zeigen das Rappeln von Sb Dimere. Die thermische Leitfähigkeit, die wir aus der Verbreiterung der inelastischen Streung ableiten konnten, stimmt sehr gut mit früheren Messungen des Wärmetransports überein.

Dem Vorschlag folgend, daß Phononen- und Elektroneneinschränkung in nanostrukturierten Materialien zu einer starken Verbesserung der thermoelektrischen Eigenschaft führt, werden wir unsere Forschung unter anderem an nanostrukturiertem Zn4Sb3, Bi2Te3, ... weiterführen um eine bessere Erkenntnis des nanoskaligen Phononen Transportes zu erlangen.

Raphaël Hermann, Werner Schweika

Zappeln und Tunneln der Gastatome in thermoelektrischen Materialien

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Thermoelektrische Materialien weisen meistens große und komplexe Einheitszellen auf, was zu niedriger Wärmeleitfähigkeit führt. Die Gitterdynamik solcher Materialien wird von weichen und lokalisierten Schwingungen beherrscht. Insbesondere in Käfigstrukturen führt das inkohärente Zappeln gefangener Atome zu niederenergetischen Einstein Moden. In komplexeren Käfigen sitzen die gefangenen Gastatome nicht im Käfigzentrum, sondern bewegen sich stattdessen in einem höchst ungewöhnlichen quantenmechanischen Tunnelzustand innerhalb des Käfiges. Translationstunneln von schweren Atomen in einem kristallinen Material wurde hier zum ersten Male beobachtet. Mikroskopische Einsichten in der Dynamik der Gastatome in dem µeV bis meV Energiebereich werden durch inelastische und quasielastische Neutronstreuung, kernresonante Streuung und Mössbauer Spektroskopie erreicht.

Raphaël Hermann


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