Forschung

SS 2015

WS 2014/2015

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Flip-Dynamik und phasonische Diffusion

  • Was sind Flips?

    Als Flips bezeichnet man lokale Umordnungen von Tiles und Atomen in Quasikristallen. Führt man diese Flips zufällig aus, so kann man aus einem perfekten Tiling ein Random Tiling erzeugen. Kalugin und Katz haben darauf hingewiesen, dass die Kombination von Einzelflips zu neuen Diffusionsmoden in Quasikristallen führen können, die ohne Zwischengitteratome und Leerstellen auskommen.

    einzelne Flips

    Verzerrungen in Kristallen führen zu Schallwellen, bzw. Phononen. Da Quasikristalle als Schnitte durch höherdimensionalen periodischen Strukturen aufgefasst werden können, gibt es zusätzlich zu den Phononen weitere dynamische Moden, die Phasonen. Während die Phononen von der Störung der Translationsymmetrie herrühren, entstehen Phasonen durch Verschiebung oder Verbiegung des Schnittraums im Höherdimensionalen. Da die atomaren Hyperflächen in Quasikristallen im Gegensatz zu inkommensurablen Strukturen unstetig sind führt die Verschiebung des physikalischen Raums zu Atomsprüngen.

  • Flip-Dynamik

    In verschiedenen Projekten werden die Eigenschaften der Phasonen und Flips untersucht. Als Vorstufe zur Flip-Dynamik wird die Flip-Kinetik anhand von Strukturmodellen beschrieben. Dabei wird analysiert, wie die atomaren Hyperflächen aneinandergrenzen und wie sie modifiziert werden können, damit einfache Flips ermöglicht werden.
    Die Flip-Dynamik lässt sich dann in einem nächsten Schritt mit Hilfe von Computersimulationen beobachten. Dies ist für einige der hier vorgestellten Modelle gelungen.
    Ein wichtiges Werkzeug dafür sind Flipdetektoren. Das sind Programme, die die Bewegung der Atome, für die man Sprünge erwartet, aufzeichnen. Aus den Daten lassen sich dann Informationen über Sprungwege und Häufigkeiten extrahieren.
    Eine andere Methode besteht darin, Atomkonfigurationen in regelmäßigen Abständen während der Simulation aufzuzeichnen und anschließend miteinander zu vergleichen. Diese Methode hat den Vorteil, dass alle Atome erfasst werden und dass die Konfigurationen vor dem Vergleich zur Nulltemperatur gequencht werden können, was den Einfluss der Phononen auf die Atomverschiebung eliminiert.
    Mit der ersten Methode konnten Flips im dekagonalen AlCuCo Modell gefunden werden. Es zeigt sich, dass das Ausgangsmodell nicht ideal ist. Es existieren leere zehnzählige Prismen, die bei der Simulation gefüllt werden. Die erwarteten Modellflips treten aber auf, und zwar isoliert in der quasikristallinen Ebene.