Jürgen Voss :

Gitterdynamik und lokale Struktur von Quasikristallen

Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik, 2003-11-18

BetreuerIn: PD Ph.D. Richard A. Brand , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik

GutachterIn: PD Ph.D. Richard A. Brand , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik
GutachterIn: Prof. Dr. Wolfgang Kleemann , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Naturwissenschaften, Institut für Physik

Schlüsselwörter in Deutsch: Quasikristalle, EXAFS, INRS, INS, Neutronenstreuung, MgZnY, Phononenzustandsdichte
Schlüsselwörter in Englisch: quasicrystal, EXAFS, INRS, INS, neutron scattering, MgZnY, phonon density of states, VDOS

  
   
 Klassifikation     
    Sachgruppe der DNB: 530 Physik
  
   
 Abstrakt     
   

Abstrakt in Deutsch

Diese Arbeit behandelt die lokale Struktur und die Gitterdynamik in Quasikristallen. Die Arbeit ist in zwei Teile gegliedert. In Teil I wird die lokale Struktur in i-MgZnY mittels EXAFS (Extended Absorption Fine Structure) auf der Zn- und der Y-Absorptionskante untersucht. Teil II beschäftigt sich mit den Phononenzustandsdichten in i-MgZnY und d-AlNiFe. Dabei ist sowohl mit inelastischer kernresonanter Streuung (INRS), inelastischer Streuung von Synchrotron Strahlung mit kernresonanter Energieanalyse, als auch mit inelastischer Neutronen-Streuung (INS) gearbeitet worden. In Teil I zeigen die EXAFS-Strukturuntersuchungen einen hohen Grad an struktureller Verwandtschaft der untersuchten Phasen aus dem MgZnY System. In der Literatur wird ein reversibler Übergang zwischen einer hexagonalen kristallinen MgZnY Phase (h-MgZnY) und dem quasikristallinen i-MgZnY beschrieben. Im Gegensatz zu der h-MgZnY Phase, befindet sich aber in der das EXAFS-Signal dominierenden Zn-Umgebung des i-MgZnY kein Yttrium. Eine modellfreie Betrachtung der EXAFS-Signals der h-MgZnY und der i-MgZnY Phase an der Y-Kante kann dieses Ergebnis bestätigen. Eine Beschreibung der unmittelbaren Zn-Umgebung in quasikristallinem i-MgZnY ist allerdings auf Basis der kristallinen MgZn2 Phase möglich. In Teil 2 wird die Phononenzustandsdichte (VDOS) in i-MgZnY und d-AlNiFe untersucht. Der Vergleich der Untersuchungen mit IγS und INS in i-MgZnY zeigt bei beiden Meßmethoden übereinstimmend das Auftreten von sog. Bosonenpeaks in der VDOS (Erhöhung der Zustandsdichte gegenüber dem Debye-Modell für kleine Energien). Vergleiche der experimentellen Ergebnisse mit Literaturdaten für die spezifischen Wärme und die Schallgeschwindigkeit bzw. mit Daten aus einer Messung der Phononendispersionskurve i-MgZnY weisen auf die Existenz von lokalisierten Schwingungszuständen hin, die das Auftreten dieser Bosonenpeaks erklären könnten. Bei der Untersuchung der VDOS in d-AlNiFe mittels INS konnte ein neues Verfahren eingeführt werden, um die partiellen Zustandsdichten der Probenkomponenten zu bestimmen. Diese Ergebnisse für die partielle 57Fe-Zustandsdichte konnten anhand einer INRS Messung bestätigt werden.

Abstrakt in Englisch

The present work deals with the local structure and the lattice dynamics in quasicrystals. The work consists of two parts. The first part shows the investigation of the local structure of i-MgZnY by EXAFS measurements at the Zn and Y absorption edges. Part two describes the results on the phonon density of states (VDOS) in i-MgZnY and d-AlNiFe. The experimental methods used in this work include inelastic nuclear resonant scattering of synchrotron radiation (INRS), inelastic neutron scattering (INS) and inelastic scattering of synchrotron radiation with nuclear resonant energy analysis (IγS). In part I, the structural investigations via the EXAFS at the Zn and Y absorption edges reveal strong similarities in the local Zn environment in the MgZnY system. In the literature a reversible transition is described between a hexagonal MgZnY phase (h-MgZnY) and the quasicrystalline i-MgZnY Phase. In contrast to the h-MgZnY phase there is in our model no Y in the first shell of the Zn atoms. These results are confirmed by a comparison of the EXAFS measurements at the Y absorption edge in h-MgZnY and i-MgZnY. In part II we present our studies of the phonon density of states (VDOS) in d-AlNiFe and i-MgZnY using inelasitic neutron scattering (INS) and inelastic γ-scattering. A comparison of the results for INS and IγS reveal both the existence of a so called boson peak, which can be described as an excess of the density of states compared to the Debye squared frequency law at low energies. Corresponding experimental results for the specific heat, the velocity of sound and phonon dispersion curves found in the leterature show together with our experimental results the existence of localized vibrations in i-MgZnY giving rise to such boson peaks. During the analysis of the INS data in d-AlNiFe a new method for the determination of the partial atomic VDOS was used. The results for the partial 57Fe-VDOS could be confirmed by a independend INRS measurement on the same sample.