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3.3. Experimente zur Nahordnung metallischer Schmelzen
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Vorschlag von Levine und Steinhardt [73], diese Klasse von Festkörpern durch ein
quasiperiodisches Gitter mit ikosaedrischen Symmetrieelementen zu beschreiben. Aus
der Ikosaedersymmetrie leitet sich der NameIkosaedrische Quasikristalle für diese
Klasse von Quasikristallen ab.
Es gibt also durchaus Festkörper mit einer ikosaedrischen Nahordnung. Unter Vor-
aussetzung einer ikosaedrischen Nahordnung in der Flüssigkeit führt dies zu einer
geringen Grenzflächenenergie zwischen der Schmelze und solchen Festkörpern. Die
Annahme einer ikosaedrischen Nahordnung in Schmelzen einfacher Metalle, führt je-
doch dazu, dass die lokale Ordnung zwischen Flüssigkeit und Kristall unterschiedlich
ist. Dies hat eine hohe flüssig-fest-Grenzflächenenergie zur Folge, und führt zu einer
entsprechenden Keimbildungsbarriere. Für hohe Keimbildungsbarrieren in einfachen,
metallischen Schmelzen sprechen die systematischen Untersuchungen von Turnbull [1],
dem es unter hochreinen Bedingungen gelang, verschiedenste Metallschmelzen weit
unter die Schmelztemperatur Tm abzukühlen.
3.3 Experimente zur Nahordnung metallischer
Schmelzen
Es fanden Experimente zur Struktur der Schmelze in Form der Untersuchung der
Abhängigkeit der maximalen Unterkühlbarkeit von der Struktur der festen Phase
statt [9, 10]. Es wurde eine hohe Unterkühlbarkeit von Metallen beobachtet, die ein-
fache kubische Phasen bilden. Der Grund für die hohen Unterkühlungen wird mit
einer hohen Grenzflächenenergie, und damit einer hohen benötigten Aktivierungs-
energie zur Keimbildung begründet. Die Ursache dieser hohen Grenzflächenenergie
kann in der Inkompatibilität der Nahordnungen der Schmelze und des Festkörpers
liegen; denn die Unterkühlbarkeit von Schmelzen, die in polytetraedrische Phasen kri-
stallisieren, ist geringer als die der Schmelzen, welche einfache kubische Phasen bilden.
Die experimentellen Ergebnisse weisen auf eine Abnahme der Aktivierungsenergie zur
Bildung eines kritischen Keims mit zunehmender polytetraedrischer Nahordnung im
Festkörper hin. Eine der polytetraedrischen Phasen ähnliche Nahordnung in der me-
tallischen Schmelze könnte Ursache dieser Beobachtungen sein. Dies deutet auf eine
ikosaedrische Nahordnung in der Schmelze hin, wie sie von Frank [3] postuliert wurde.
Oberhalb der Schmelztemperatur fanden neben den Neutronenbeugungsexperimen-
ten von Maret et al. [11, 70] Neutronenstreuexperimente an der quasikristallbildenden
Al-Pd-Mn Schmelze statt. Die erhaltenen Strukturfaktoren konnten unter Annahme
ikosaedrischer Cluster in der Schmelze simuliert werden, wobei sich dieÜbergangsme-
tallatome im Zentrum des Ikosaeders aufhalten [74, 75]. Für Cluster mit hdp- oder
kfz-Struktur konnte keine Simulation mit den gemessenen Strukturfaktoren inÜber-
einstimmung gebracht werden.
In einer kürzlich erschienenen Arbeit wurde die Struktur flüssigen Bleis auf einem
Silizium (001)- Substrat untersucht [76]. Das Experiment zeigte eine Nahordnung mit
fünfzähliger Symmetrie des flüssigen Bleis an der Silizium (001)-Grenzfläche. Dass
diese Nahordnung durch die tetraedrische Ordnung des Siliziums beeinflusst werden
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