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Beugungsexperimente an unterkühlten Metallschmelzen

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28 3. Nahordnung unterkühlter Schmelzen dung einer ikosaedrischen Nahordnung ab einer relativen Unterkühlung von ca. 10%, die mit wachsender Unterkühlung zunimmt. In  ähnlichen Simulationsexperimenten konnten Nos´e und Yonezawa [8] ebenfalls eine ausgeprägte ikosaedrische Nahordnung in der unterkühlten Schmelze beobachten. Für Legierungen wird auch von einer iko- saedrischen Nahordnung ausgegangen, solange die Atomradien der Legierungskom- ponenten vergleichbar sind [68]. Da die Raumfrustration dadurch reduziert werden kann, dass ein kleineres Atom im Zentrum des Ikosaeders platziert wird, sollten ge- ringfügig kleinerer Atome als minoritärer Legierungsbestandteil ikosaedrische Cluster stabilisieren. J´onsson und Andersen [69] untersuchten eine zweikomponentige Lennard-Jones Flüssigkeit, die zu 20% aus einer größeren Atomsorte bestand und fanden ca. 61% aller Atome in einem Ikosaeder. Maret et al. haben Neutronenbeugungsexperimente an Schmelzen von Al80Mn20  [11] und Al80Ni20  [70] bei Temperaturen oberhalb von Tm durchgef&ührt. Basierend auf diesen Untersuchungen wurden interatomare Paarpo- tentiale berechnet, die einer molekulardynamischen Analyse zu Grunde gelegt wurden [12]. Diese Simulationen zeigten im Falle der Legierung  Al80Mn20  bereits oberhalb von  Tm  in der Schmelze Anzeichen von ikosaedrischer Nahordnung, während in der Al80Ni20-Schmelze keine nennenswerte ikosaedrische Nahordnung ausgebildet wurde. In der unterkühlten Schmelze (T  = 0:8Tm) zeigten die Berechnungen bei Al-Mn ei- ne ausgeprägte ikosaedrische Nahordnung, bei Al-Ni den Beginn der Ausbildung von ikosaedrischer Nahordnung. Die molekulardynamischen Rechnungen von J´onsson und Andersen [69] sowie die von Maret et al. [12] wurden für Systeme ausgeführt, die Zusammensetzungen cB  < 30 at.% und rA=rB- Verhältnisse von rA=rB · 1.25 aufweisen. In beiden Fällen wurde von der Ausbildung einer ikosaedrischen Nahordnung in der unterkühlten Lennard- Jones Flüssigkeit berichtet, inÜbereinstimmung mit Berechnungen von Ronchetti und Cozzini [68], die in Abhängigkeit der Konzentration cB und der rA=rB- Verhältnisse in einer Lennard-Jones Flüssigkeit die bevorzugten Cluster mit einer Koordinationszahl von 12 bestimmten. Wie zuvor erwähnt, sind ausgedehnte Mackay-Ikosaeder ab einer Größe von eini- gen  nm  nicht als stabil anzusehen, und daher verwundert es nicht, dass keine ikosa- edrischen Festkörper entdeckt wurden. Man kann sich jedoch vorstellen, dass kleinere ikosaedrische Cluster als Motive in Kristallen auftreten, und sich somit periodisch wie- derholen. Dass diese Wiederholung nicht periodisch sein muss, entdeckten im Jahre 1984 Shechtman und Mitarbeiter [71]als auch Field und Fraser [72]. Beide Arbeitsgrup- pen fanden bei elektronenmikroskopischen Untersuchungen an schnell abgeschreckten Al-Mn-Legierungen, dass die Beugungsbilder scharfe Reflexe einer 10-zähligen Rota- tionssymmetrie aufweisen. Shetchman et al. zeigten, dass diese Beugungsbilder einer ikosaedersymmetrischen Anordnung entsprechen. Die in dieser Symmetrie enthaltenen fünfzählige Rotationsachsen, sind nicht mit der Translationssymmetrie der Kristalle zu vereinbaren. Somit verstößt diese Symmetrie gegen die Regeln der klassischen Kri- stallographie, bei der eine langreichweitige Ordnung mit einer Periodizität des Gitters verbunden ist. Diese neu entdeckte Klasse von Festkörpern wurdenquasiperiodi- sche Kristalle“ oder kurzQuasikristalle“ genannt. Dieser Begri® basiert auf dem
  
Werner Heisenberg.
Siehe auch:
Werner Heisenberg: Das selbstvergessene G...
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Sonstige Artikel:
Physikalische Aufgaben: 1201 Aufgaben mit Lösungen aus allen Gebieten der Physik
von Helmut Lindner
 
   
 
     
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