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Jürgen Voss :
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
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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.
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