Diese Arbeit präsentiert Ergebnisse an piezoelektrischen Materialien aus der Langasitfamilie,

die unter extremen Bedingungen untersucht wurden. Die Einkristalle aus dieser Familie, vor

allem La3Nb0.5Ga5.5O14 (LNG) und La3Ta0.5Ga5.5O14 (LTG), sind vielversprechende

Materialien für Oberflächenwellen (OFW) –Substratmaterialien, die in der mobilen

Kommunikationstechnik der Frequenzsteuerungsgeräte (mobile Kommunikation, Sensoren,

usw.) und bei Hochtemperatur- OFW- Anwendung finden. Mit LNG und LTG OFW-Sensorelementen

können physikalische Meßgrößen, wie Druck und Temperatur erfaßt

werden. Aus diesem Grund sind die Strukturuntersuchungen an LNG und LTG bei

verschiedenen Drucken und Temperaturen extrem wichtig.

Die Struktur von LNG und LTG ist unter normalen Bedingungen trigonal mit der

Raumgruppe P321.

In der Struktur sind die schweren Atome polyedrisch von Sauerstoffatomen koordiniert. Vier

Polyedertypen bilden decaedrisch-oktaedrische und tetraedrische Schichten. Diese sind in

einer A-B- Stapelfolge senkrecht zur c-Achse angeordnet.

Die Kristallstrukturen von LNG und LTG wurden mittels Röntgenstrukturanalyse an LNG-

und LTG- Einkristallen in Hochdruck- Diamant -Stempel Zellen unter Druck bis 23GPa

untersucht. Die Proben für diese Forschungsarbeit wurden von den Forschungsgruppen von B.

V. Mill (Rußland) und J. Bohm (Deutschland) freundlicherweise zur Verfügung gestellt. Als

druckübertragende Medien wurden Alkohol und Helium benutzt. a- Quarz Kristalle und die

Rubinfluoreszenzmethode wurden zur Druckmessung herangezogen. Die Experimente mit

Röntgenstrahlung wurden im eigenen Labor und am Hamburger Synchrotronstrahlungslabor

(HASYLAB, Beamline D-3) durchgeführt.

Die Gitterkonstanten und Reflexintensitäten von LNG und LTG wurden unter Drucken bis

22,8 beziehungsweise 16.7GPa gesammelt. Innerhalb des erforschten Druckbereichs nimmt

das c/a- Verhältnis von 0,6232 bis 0,6503 für LNG und von 0,6227 bis 0,6350 für LTG zu.

Folglich ist die a-Achse die an stärksten komprimierte Richtung in beiden Substanzen. Damit

zeigen LNG und LTG unter Druck ein anisotropes Verhalten, das durch unterschiedliche

Bindungsstärken in den Richtungen parallel zu den a- beziehungsweise c- Achsen bedingt ist.

Unter hydrostatischem Druck ist die Komprimierung der c- Richtung (also zwischen den

Schichten) steif, was wegen der weniger flexiblen Verknüpfung der Polyeder (gemeinsame

Kanten) verständlich ist. Demgegenüber ist die Komprimierung innerhalb der ab- Ebene (also innerhalb der Schichten) größer und kann hauptsächlich durch die abnehmenden Volumina

und Verzerrungen der Polyeder erreicht werden.

Weil die Kristallstrukturen von LNG und LTG wegen der hohen Symmetrie und der

Polyederkopplungen sehr steif sind, führt die Komprimierung dieser Strukturen zu einer

Zunahme der internen Spannungen und endet bei einem Druck von 12.4(3)GPa für LNG und

11.7(3)GPa für LTG mit einem Phasenübergang in Strukturen mit niedrigerer Symmetrie. In

dem untersuchten Druckbereich sind die Kompressibilitäten entlang der c-Achse fast

identisch für LNG und LTG. Andererseits sind die Druckabhängigkeiten der a

Gitterparameter dieser Materialien nur für die Ausgangsphase ähnlich, während die

Achsenkompressibilitäten für die Hochdruckphasen von LNG und von LTG unterschiedlich

sind. Die Volumenkompressibilitäten des trigonalen LNG und LTG sind 0.007GPa -1 , die

entsprechenden Kompressionsmodule sind 145(3)GPa und 144(2)GPa.

Der Kompressionsmechanismus von LNG und LTG kann wie folgt beschrieben werden:

Eine Erhöhung des Drucks verursacht eine Reduzierung der Gittervolumina von LNG und

LTG. Folglich verringern sich die Abstände zwischen den Ionen. Auf diese Weise werden die

größten Kationen (La 3+ ) innerhalb der ab- Fläche verschoben, um die Abstände zwischen den

positiv geladenen benachbarten Ionen (Ga 3+ /Nb 5+ (Ta 5+ )) zu maximieren. Auf die gleiche

Weise bewegen sich die tetraedrisch koordinierten Ga 3+ -Ionen. Wegen der Anionen-Kationenbindungsverkürzung

versuchen die Polyeder zu rotier