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5.4. Beugungsexperimente
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5.4 Beugungsexperimente
Für monoatomare Systeme kann aus dem Strukturfaktor über eine Fourriertransfor-
mation (Gl. 4.19) die Paarkorrelationsfunktion bestimmt werden, die Auskunft über
die Abstände erster (r1), zweiter (r2) und weiterer Nachbarn gibt. Da der Struk-
turfaktor nur bis zu einem begrenzten Streuvektor gemessen werden kann, muss die
Integration abgebrochen werden. Dadurch entsteht ein Abbruchfehler in der Paar-
korrelationsfunktion. Gelingt es jedoch, den Strukturfaktor bis hin zu Q ¼ 14°
A¡1
zu erhalten, so ist dieser Fehler vernachlässigbar [119]. Andernfalls ist die ermittelte
Paarkorrelationsfunktion abhängig von den Integrationsgrenzen. Man sollte bis zu ei-
nem Streuvektor von Q ¸ 10°
A¡1 messen und den Fehler hinreichend klein halten, um
verlässliche Aussagen erzielen zu können.
Anhand der Paarkorrelationsfunktion g(r) wird versucht, Aufschluss über die Koor-
dinationszahl Z zu erhalten, indem über das erste Maximum der Funktion 4¼½g(r)r2
integriert wird, wobei ½ die mittlere atomare Dichte bezeichnet. Für Kristalle, bei de-
nen die Atome sich auf festen Gitterplätzen befinden, ist die Paarkorrelationsfunktion
eine Folge von Maxima, welche durch Gaußkurven angepasst werden können. Hier ist
die Bestimmung der Koordinationszahl Z durch Integration über das erste Maximum
eindeutig. Im Falle von Flüssigkeiten ist das erste Maximum jedoch meist asymme-
trisch, und es stellt sich die Frage, wie man die Koordinationszahl bestimmen soll. Es
gibt hierzu verschiedene Ansätze, die zu unterschiedlichen Ergebnissen führen [120].
Zwei Extremfälle sollen hier kurz erläutert werden. Eine Möglichkeit besteht darin,
in das erste Maximum eine Gaußkurve zu legen und nur den Anteil des ersten Maxi-
mums bei der Integration zu berücksichtigen, der unter der Gaußfunktion liegt. So ist
man sicher, dass man nicht Atome aus einer höheren Koordinationsschale mitzählt.
Andererseits riskiert man damit, nicht alle Atome aus der ersten Koordinationsschale
zu berücksichtigen. Die so bestimmte Koordinationszahl ist im Allgemeinen zu klein.
Außerdem ist die Annahme einer symmetrischen Verteilung zweifelhaft, da die atoma-
ren Potentiale auch nicht symmetrisch sind. Genau das Gegenteil gilt für den Ansatz,
über das gesamte Maximum vom ersten zum zweiten Minimum zu integrieren. In
diesem Fall integriert man auch über den asymmetrischen Anteil, der möglicherweise
den Einfluss von Atomen aus höheren Koordinationsschalen zeigt. Die so bestimmte
Koordinationszahl wäre demnach zu groß. Um die in dieser Arbeit bestimmten Ko-
ordinationszahlen vergleichen zu können, ist es unabdingbar sich auf eine Methode
zu beschränken, um konsistent zu bleiben. In dieser Arbeit wird Z über Integrati-
on der Funktion 4¼½g(r)r2 in den Grenzen rmin und rmax erhalten. Dabei sind rmin
und rmax die Radien, bei der die Funktion g(r)r2 lokale Minima hat, die das erste
Maximum einschließen (rmin < r1 < rmax). Unsicherheiten dieser Berechnung von Z
liegen in der Problematik zur Bestimmung der Paarkorrelationsfunktion. Da man mit
verschiedenen Atomanordnungen ein und dieselbe Koordinationszahl erhalten kann -
z.B. besitzen ikosaedrische-, kfz- und hdp-Strukturen die Koordinationszahl 12 - ist
die Aussagefähigkeit der Koordinationszahl beschränkt. Aus diesem Grund wird in
dieser Arbeit zusätzlich der Strukturfaktor, den man aus der Messung erhält, mit ei-
nem berechneten Strukturfaktor eines einfachen Clusters verglichen. Der Vorteil dieser
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