Institut für Materialwissenschaft

In den letzten zehn Jahren ist eine neue Klasse von Absorbermaterialien für Solarzellen entstanden: die organisch-anorganischen Halid-Perowskite, kurz „Perowskite“ genannt. Diese Perowskite weisen eine außergewöhnliche Ladungsträgerlebensdauer und eine hohe Beständigkeit gegen Punktdefekt-bedingte Ladungsträgerrekombination auf. Dieser herausragende Leistungsparameter erlaubt es, vergleichsweise „unreine“ Kristalle mit einem hohen Anteil an Punktdefekten wie ionischen Leerstellen, Zwischengitteratomen oder nicht ladungsneutralen Substitutionen zu verwenden.

Im Rahmen dieser Arbeit haben wir die Dielektrizitätskonstante als entscheidenden Parameter identifiziert, der Defekte schirmt und die Aufspaltung des Exzitonenzustands in der Anfangsphase der Ladungsträgergenerierung aus dem absorbierten Licht ermöglicht.

Ausgewählte Publikationen

I. Anusca, …, D.C. Lupascu, Dielectric Response: Answer to Many Questions in the Methylammonium Lead Halide Solar Cell Absorbers, Advanced Energy Materials 7, 1700600 (2017)

Š. Svirskas, …, D.C. Lupascu, J. Banys, Phase transitions, screening and dielectric response of CsPbBr₃​, Journal of Materials Chemistry A 8 (28), 14015 – 14022 (2020)

Y.U. Jin, B. Marler, A.N. Salak, M. Escobar-Castillo, N. Benson, D.C. Lupascu, Perovskite-inspired low-dimensional hybrid azetidinium bismuth halides: [(CH₂)₃NH₂]₃Bi₂X₉ (X = I, Br, Cl), Mater. Chem. Front. 9, 1002 – 1012 (2025)

Y.U. Jin, …, D.C. Lupascu, Lead-free organic–inorganic azetidinium alternating metal cation bromide: [(CH₂)₃NH₂]₂AgBiBr₆, a perovskite-related absorber, RSC Advances 13, 36079 – 36087 (2023)

Die Ermüdung von Ferroelektrika war im Zeitraum von 1995 bis etwa 2010 eine bedeutende Herausforderung, als piezoelektrische Aktoren sowie ferroelektrische Computerspeicher sich in der Industrie zu rasant wachsenden Technologien entwickelten. Das größte Problem war ihre Ermüdung unter zyklischer elektrischer Belastung. Ich habe mit über 60 Publikationen und einer Monografie zum Themenfeld der ferroelektrischen Ermüdung beigetragen und dabei die elektrischen, physikalisch-chemischen und mechanischen Effekte, die für die Degradation verantwortlich sind, umfassend behandelt. Dazu gehörte auch eine tiefgehende mechanische Charakterisierung der Materialien. Die wesentlichen Mechanismen, die der Ermüdung von Ferroelektrika zugrunde liegen, wurden aufgeklärt.

Ausgewählte Publikationen

D.C. Lupascu, Fatigue of Ferroelectric Ceramics and Related Issues, Springer, Heidelberg (2004)

D.C. Lupascu, J. Rödel, Fatigue in Bulk Lead Zirconate Titanate Actuator Materials, Adv. Engin. Mater. 7 (10), 882 – 898 (2005)

D.C. Lupascu, U. Rabe, Cyclic cluster growth in ferroelectric perovskites, Phys. Rev. Lett. 89 (18), 187601 (2002)

N. Balke, H. Kungl, T. Granzow, M. Hoffmann, D.C. Lupascu, J. Rödel, Bipolar fatigue caused by field screening in Pb(Zr,Ti)O₃ ceramics, J. Am. Ceram. Soc. 90 (12), 3869 – 3874 (2007)

I. Westram, W.S. Oates, D.C. Lupascu, J. Rödel, C.S. Lynch, Mechanism of electric fatigue crack growth in lead zirconate titanate, Acta Mater. 55, 301 – 312 (2007)

In den letzten 15 Jahren wurde diese Forschung auf magnetoelektrische Komposite, multiferroisches Bismutferrit, Relaxor-Ferroelektrizität, elektrokalorische Untersuchungen sowie (echte) Halid-Perowskit-Ferroelektrika erweitert.

Ausgewählte Publikationen

M. Etier, …, D.C. Lupascu, Magnetoelectric Coupling in Multiferroic Cobalt Ferrite-Barium Titanate Ceramic Composites with Different Connectivity Schemes, Acta Materialia 90, 1 – 9 (2015)

A. Dubey, …, D.C. Lupascu, Mono-, Di-, and Tri-valent Cation Doped BiFe_0.95Mn_0.05O₃ Nanoparticles: Ferroelectric Photocatalysts, Adv. Funct. Mater. 32 (43), 2207105 (2022)

V.V. Shvartsman, D.C. Lupascu, Lead free relaxor ferroelectrics, J. Am. Ceram. Soc. 95 (1), 1 – 26 (2012)

M. Sanlialp, V.V. Shvartsman, M. Acosta, B. Dkhil, D.C. Lupascu, Strong electrocaloric effect in lead-free 0.65Ba(Zr_0.2Ti_0.8)O₃-0.35(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃ ceramics obtained by direct measurements, Appl. Phys. Lett. 106, 062901 (2015)

Ein früher Höhepunkt meiner Karriere war die Klärung einer langjährigen offenen Frage der γ–γ-gestörten Winkelkorrelations-Spektroskopie (PAC) während meiner Promotion in Göttingen. Dabei identifizierte ich den Mechanismus hinter dem in vielen PAC-Datensätzen beobachteten Nachwirkungseffekt, indem ich eine Theorie zur Rolle der Elektronenrelaxation im Atom nach dem nuklearen Einfang eines Kernschalen-Elektrons entwickelte. Darüber hinaus setzte ich die Methode erfolgreich ein, um die dominierenden Transportmechanismen in verschiedenen Seltenerdoxiden auseinanderzudifferenzieren und zu identifizieren. Aufgrund meiner Expertise in diesem Feld übernahm ich 2016 die Verantwortung für den Betrieb der Festkörper-Strahlkanäle an ISOLDE/CERN und übe diese Funktion seitdem aus. Als jüngster wissenschaftlicher Höhepunkt dieser Forschungsrichtung haben wir die vermeintliche magnetoelektrische Natur des Bismutferrits widerlegt – ein Effekt, der diesem Material jahrzehntelang zugeschrieben worden war.

Ausgewählte Publikationen

D. Lupascu et al., Relaxation of electronic defects in pure and doped La₂O₃ observed by perturbed angular correlations, Phys. Rev. B 54, 871 (1996)

S. Habenicht, D. Lupascu, M. Uhrmacher, L. Ziegeler, K.P. Lieb, ISOLDE Collaboration, PAC-Studies of Sn-doped In₂O₃: Electronic defect relaxation following the ¹¹¹In(EC)¹¹¹Cd-decay, Zeitschrift f. Physik B 101, 187 – 196 (1996)

D. Lupascu, M. Uhrmacher, K.P. Lieb, Electric field gradients of ¹¹¹Cd in monoclinic (B-phase) rare earth sesquioxides, Journal of Physics: Condensed Matter 6, 10445 (1994)

K. Johnston, …, D. Lupascu, …, A. Costa, The solid state physics programme at ISOLDE: recent developments and perspectives, Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics 44, 104001 (2017)

T.T. Dang, …, D.C. Lupascu, Magnetoelectric Decoupling in Bismuth Ferrite, Phys. Rev. Lett. 134, 216702 (2025)

Aufbauend auf der langjährigen Expertise in der Bruchmechanik von Beton konnten wir durch die Teilnahme an drei Expeditionen in die antarktische Rand-Eiszone zum Verständnis der Eigenschaften des antarktischen Meereises beitragen. Wir identifizierten die viskosen Eigenschaften von Frazil-Eis während des Gefrierprozesses sowie die Bruchfestigkeit des verfestigten Meereises. Unsere langjährige Erfahrung in der mechanischen Werkstoffprüfung half bei der Entwicklung praxistauglicher und transportabler Messgeräte.

Ausgewählte Publikationen

F. Paul, …, D.C. Lupascu, Frazil Ice in the Antarctic Marginal Ice Zone, J. Marine Sci. Eng. 9 (6), 647 (2021)

S. Skatulla, …, D.C. Lupascu, …, M. Vichi, Physical and mechanical properties of winter first-year ice in the Antarctic marginal ice zone along the Good Hope Line, The Cryosphere 16, 2899 – 2925 (2022)

F. Paul, …, D.C. Lupascu, Sea ice mechanics, Computer Methods in Materials Science 23 (3), 5 – 54 (2023)

Meine Lehrtätigkeit liegt in den ersten Studienjahren des Bauingenieurwesens. Physik für Bauingenieure, Einführung in die Werkstoffkunde und Experimentelle Werkstoffmechanik (Werkstoffe 3) sind die von mir gehaltenen Lehrveranstaltungen. Die Vorlesung Solarzellen (Werkstoffe 10) ist mein Beitrag zum Master-Studiengang.

Bisher wurden 25 Promotionsverfahren unter meiner Betreuung erfolgreich abgeschlossen. 16 Doktoranden befinden sich derzeit in verschiedenen Phasen ihrer Promotion.