Forschung

SS 2015

WS 2014/2015

zur Startseite

Dekagonales AlCuCo

Bei dekagonalem AlCuCo handelt es sich um einen wichtigen Vertreter der T-Phasen. T-Phasen sind Quasikristalle, die durch eine periodische Stapelung quasikristalliner Schichten entlang einer zu ihnen senkrecht stehenden Achse. Aufgrund ihres Aufbaus bezeichnet man T-Phasen häufig auch als zweidimensionale Quasikristalle. Als ein wichtiger Vertreter kristallisierte sich mit der Zeit die 1988 von He et al. entdeckte dekagonale AlCuCo-Phase heraus. Eine weitere dekagonale Legierung, die in der Literatur auch häufig als isostruktureller Partner von d-AlCuCo bezeichnet wird, ist d-AlNiCo. Dies ist insofern erwähnenswert, da viele Strukturmodelle zunächst für beide Phasen gemeinsam entwickelt wurden. Beide Legierungen zeichnet aus, dass es die ersten T-Phasen waren, von denen man Ein-Quasikristalle in nenneswerter Größe von einigen Millimetern züchten konnte.

Morphologie von dekagonalem AlCuCo

Dekaprismatische Nadeln eines AlCuCo--Quasikristalls.

Dies führte dazu, dass in der Folgezeit sehr viele Strukturanalysen an diesen Legierugen durchgeführt wurden; die dabei am häufigsten verwendete Stöchiometrie waren Al(65)Cu(20)Co(15). Steurer führte z.B. Röntgenstrukturanalysen durch; mit Hilfe einer Pattersonanalyse von 3000 Bragg-Reflexen erzeugte er zunächst eine Elektronendichtekarte, mit deren Hilfe im Fall von AlCuCo ein Ausschnitt mit den Positionen von 20000 Atomen festgelegt werden konnten. Bei diesem Experiment ist es aufgrund der Atomformfaktoren der Übergangmetalle nicht möglich zwischen Cu und Co zu unterscheiden, so dass man zunächst nur Information über einen Al(Cu/Co)-Quasikristall erhält.

Während man zunächst annahm, dass es sich bei AlCuCo um einen perfekten Quasikristall handelt, fanden Frey und Steurer einen starken Anteil diffuser Streuung bei Röntgenbeugungsexperimenten. Dies warf die Frage auf, ob es sich bei AlCuCo um einen Random-Tiling-Quasikristall handelt. Um dieser Frage nachzugehen, haben wir ein Modell für AlCuCo entwickelt, in dem es möglich ist Phasonen in Form von Flips in einem Tilings einzubauen. Als Ausgangspunkt dient eines von zwei Burkov-Modellen für Al(61,8)Cu(19.1)Co(19.1). Dieses Modell besteht aus zwei quasikristallinen Schichten im Abstand von 2,09 Å, die dann entlang der dekagonalen Achse mit einer Periodenlänge von 4,18 Å gestapelt werden. Erzeugt wird dieses Modell durch eine atomare Dekoration des Tübinger Dreiecksmusters. Eine Besonderheit dieses Modells ist, dass unter Ausnützung der Matching Rules des Tübinger Dreiecksmusters die Übergangsmetallatome unterschieden werden, so dass man ein ternäres Modell erhält.

Wie sehen nun die atomaren Flips in diesem Modell aus? Anstatt beide Schichten als atomare Dekoration eines Dreiecksmusters zu erzeugen, kann man nun jede Schicht für sich mit Hilfe eines Dreiecksmusters beschreiben.

In den folgenden Bildern sehen wir einen Ausschnitt aus dem AlCuCo Modell als Dekoration eines Tübinger Dreiecksmusters. Gefüllte Symbole stellen Schicht eins, leere Symbole Schicht zwei dar. Al ist als Kreis, Cu als Dreieck und Co als Quadrat gekennzeichnet.

Atome Schicht 1

Atome Schicht 1
Atome Schicht 2

Atome Schicht 2


Atome mit Tiling, Schicht 1

Atome mit Tiling, Schicht 1


Atome mit Tiling, Schicht 2

Atome mit Tiling, Schicht 2
Atome beider Schichten, mit großem Tiling

Atome beider Schichten, mit großem Tiling

Da die Flips in einem Dreiecksmuster bekannt sind, kann man nun im atomaren Bild die in einer Schicht stattfindenden Flips beschreiben.

Einzelflips

Durch Kopplung zweier Simpletonflips zwischen den Schichten kann nun ein säulenförmiger Cluster "geflippt" werden.

Einzelflips bewegen Cluster - vorher Einzelflips bewegen Cluster - nachher

Somit hat man eine Modellbeschreibung für dekagonales AlCuCo gefunden, mit der man sowohl den quasikristallinen Zustand als auch durch sukzessiven Einbau von Flips den Random Tiling Zustand untersuchen kann.
Aktuell werden und wurden am Institut sowohl Molekulardynamiksimulationen an diesem Modell durchgeführt, um die atomaren Sprungprozesse näher zu untersuchen, als auch Channelingsimulationsrechnungen, um der Frage nachzugehen, ob es sich bei AlCuCo um ein Random Tiling handelt.