Das Projekt verfolgt laut DFG einen hochinnovativen neuen Ansatz, mit dem sich selbst kleinste Abweichungen innerhalb der Kristallstruktur bestimmen lassen. Dabei nutzen die Freiberger Forscher die Beugungsphänomene des Röntgenlichts. „Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren im Labor können wir mit Hilfe der Resonanten Röntgendiffraktion die Röntgenenergie variieren und dabei jede atomare Spezies innerhalb des Kristalls als Sonde nutzen. Damit können wir minimale Verrückungen sichtbar machen und im selben Experiment zusätzlich auch Röntgenspektroskopie betreiben“, erklärt Dr. Matthias Zschornak vom IEP an der TU Bergakademie Freiberg. Er leitet das Projekt und hat in seiner Promotion maßgeblich zur methodischen Weiterentwicklung der Resonanten Röntgendiffraktion als Kombination von Röntgenbeugung und -spektroskopie beigetragen.
Die bisher zumeist getrennt betriebenen methodischen Ansätze werden dabei zusammengeführt und bilden neue Perspektiven um Feinheiten der Struktur zu analysieren. Dabei nutzen die Forscher eine destruktive Röntgeninterferenz bei resonant unterdrückten Beugungsbedingungen. Das ermöglicht Strukturuntersuchungen in bisher nicht erreichter Genauigkeit, z.B. auch bei dynamischen Prozessen wie Polarisation oder Phasenumwandlung. Der neue Ansatz bietet einzigartige Perspektiven zur Untersuchung von strukturellen Defekten in kristallinen Festkörpern, die eine Vielzahl von technisch relevanten Eigenschaften bestimmen, und ist damit gerade für die Halbleiterindustrie beziehungsweise für die Daten- und elektrochemische Energiespeicherung von großer Bedeutung.
Ermöglicht wird die Erforschung des neuen Ansatzes durch Synchrotrone, wie dem Speicherring Petra III an der Großforschungseinrichtung DESY in Hamburg. Neben chemischer Kristallographie stehen vor allem Schwerpunkte der Material- sowie der Geo-, Bio- und Umweltwissenschaften im Fokus der geplanten Forschung. Typische Anwendungen umfassen dabei sowohl Elektronendichteanalysen als auch die Aufklärung fehlgeordneter und modulierter Strukturen unter dem Einfluss von externen Feldern bei hohen Drücken und tiefen beziehungsweise hohen Temperaturen. Letztere stehen insbesondere im Fokus der Forschungsprogrammatik des Zentrums für effiziente Hochtemperatur-Stoffwandlung (siehe Pressemitteilung „ZeHS“).
In den vergangenen sechs Jahren hat sich die IEP-Arbeitsgruppe von Prof. Dirk C. Meyer beim Aufbau der neuen Experimentierstation Chemical Crystallography Beamline zur Erforschung kondensierter Materie an Großgeräten am DESY in Hamburg durch einen Mitarbeiter vor Ort aktiv engagiert. Sie wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert und soll im Jahr 2017 fertig sein. An dieser Messstation wird die Resonante Röntgendiffraktion dediziert für die Forschung zur Verfügung stehen.