Messung der Paarverteilungsfunktion an binären Legierungen

Author(s)

Jakob Pühringer, Bogdan Sepiol

Abstract

Kristalle, Metalle und Legierungen werden bereits seit der Kupfersteinzeit (ca. 5000 BC) vom Menschen verwendet und ihre Eigenschaften durch Bearbeitung verändert. Waren anfängliche Methoden dafür noch rein empirisch – etwa das Härten von Metallen durch Hämmern, Erhitzen oder durch Zugabe von Kohlenstoff oder anderen Elementen – so wurden in den letzten 100 Jahren zunehmend mehr wissenschaftliche Methoden entwickelt, um den Aufbau und die Eigenschaften von Kristallen zu erforschen. Dadurch wurde es möglich, das Verständnis über deren Zusammenhänge zu erweitern. Immer bessere experimentelle Methoden ermöglichten immer detailliertere Betrachtungen –
man denke etwa an die Entwicklung der Mikroskopie von optischen Mikroskopen bis hin zur Elektronenmikroskopie, die im Stande ist, im sub-Å-Bereich Beobachtungen anzustellen.

Ebenso verhält es sich in der Kristallographie; wurden erste Beugungsversuche mit Röntgenstrahlung zunächst zur Erforschung des grundsätzlichen Kristallaufbaus – Netzebenen beugen analog zur Beugung von sichtbarem Licht an einem Gitter – durchgeführt, existiert heutzutage eine Vielzahl an Möglichkeiten, um Beugungsexperimente
durchzuführen, von einfachen Laborgeräten bis hin zu hochentwickelten Synchrotronmessungen.

Unsere Arbeitsgruppe (Dynamik Kondensierter Systeme) untersucht hauptsächlich die Diffusion in Kristallen mittels Röntgen-Photonen-Korrelationsspektroskopie (X-Ray photon correlation spectroscopy, XPCS) sowie einer Methode, die XPCS für Einzelatome anwendet (atomare XPCS, aXPCS). Hierfür wird die Änderung der – hauptsächlich diffusen – Intensität mit der Zeit aufgrund von veränderlichen Defekten durch Diffusion betrachtet.
Eine Methode, die die gesamte gemessene Intensität verwendet, ist die Paarverteilungsfunktion (pair distribution function, PDF), sie verwendet sowohl die Braggstreuung des durchschnittlichen Kristalls als auch die diffuse Streuung aller Abweichungen und Defekte. Die Messung erfolgt dabei zumeist an Pulverproben. Im Rahmen dieser Arbeit wurden PDF-Messungen für zwei binäre Legierungen – Ag0.58Mg0.42 sowie Ni0.9Pt0.1 – durchgeführt und mit Simulationen von PDF – erstellt mittels DISCUS – verglichen.

Die Arbeit behandelt zunächst die grundlegende Theorie zu Kristallen, Kristallstrukturen und Legierungen, bevor die Streuung – sowohl Braggstreuung als auch diffuse Streuung – an selbigen behandelt wird. Darauf folgt ein Kapitel zu den verschiedenen 5 Ansätzen der Beschreibung diffuser Streuung. Zuletzt wird die Paarverteilungsfunktion und ihre Herleitung erklärt, gefolgt von den Messungen derselben – durchgeführt am X-Ray Center der Technischen Universität Wien (XRC) und der Wissenschaftlichtechnischen Universität Krakau (AGH). Abschließend werden die Messergebnisse mit simulierten PDFs verglichen, sowie eine Zusammenfassung der Ergebnisse, Probleme
und Lösungsansätze angestellt.

Organisation(s)

Dynamics of Condensed Systems

No. of pages

82

Publication date

04-2016

Austrian Fields of Science 2012

103008 Experimental physics, 103009 Solid state physics, 103015 Condensed matter, 103018 Materials physics

Keywords

ASJC Scopus subject areas

Condensed Matter Physics

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