Development and physical reason of IR spectral features during condensation and solid phase reactions of Fe-Mg silicate systems: IR-Studien mit Fokus auf nicht-stöchiometrischen Silikaten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Ralf Dohmen; Professor Dr. Hans-Peter Gail; Professorin Dr. Annemarie Pucci; Dr. Akemi Tamanai
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie ; Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 145757902

Silikate stellen eine der häufigsten Staubkomponenten im Kosmos dar. Die Existenz von Silikatkörnern wurde mittels hoch auflösender Infrarotspektroskopie und durch Analyse von Meteoriten mittels Sekundärionenmassenspektroskopie festgestellt. Die Prozesse der Bildung dieser Silikate und der chemisch-mineralogischen Veränderungen, denen sie unterliegen, sind bisher noch wenig verstanden. Es ist zu erwarten, daß unter den Nichtgleichgewichtsbedingungen im Weltraum nicht-stöchometrisch zusammengesetzte Staubkörner gebildet werden. Diese Staubkörner zeigen im IR spezifische spektrale Merkmale im Vergleich zu stöchiometrischen Verbindungen, da Profile von IR Banden empfindlich von chemischen und physikalischen Eigenschaften des Materials abhängen. Deswegen beeinflussen Veränderungen der chemischen und physikalischen Eigenschaften direkt die optischen Konstanten der Systeme. Zur Interpretation beobachteter Spektren werden sowohl gemessene als auch theoretisch berechnete Spektren verwendet. Für die theoretischen Simulationen stellen die optischen Konstanten die wichtigsten Eingabeparameter dar. Deswegen ist die Bestimmung optischer Konstanten für nicht-stöchiometrische Verbindungen die Grundvoraussetzung zur Genauigkeitsverbesserung von Modellrechnungen und um zu einem besseren Verständnis der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Minerale zu gelangen. Gegenwärtig werden hauptsächlich Spektren stöchiometrischer Verbindungen für die Interpretation beobachteter Spektren herangezogen, weil es an experimentellen Daten zu nicht-stöchiometrischen Verbindungen mangelt. Deswegen wollen wir mittels FTIR Spektroskopie untersuchen, welche Auswirkungen ein Ungleichgewicht der Metalle (Mg, Fe, Ca, Al, Na) in Silikaten auf deren Spektren hat und wie sich spektrale Merkmale dadurch ändern. Hierbei spielen bei Silikaten die Proportionen der häufigsten Komponenten, Mg und Fe, eine Schlüsselrolle zum Verständnis der möglichen Kondensationsmechanismen dieser Minerale. Für diesen Zweck sollen hochgenaue optische Konstanten mittels IR Ellipsometrie bestimmt werden. Basis hierfür sind Silikatproben mit genau definierten Metallproportionen im Silikatsystem, die mittels gepulster Laser Abscheidung (PLD) an der Ruhr Universität, Bochum, hergestellt werden. Diese Technik ist sehr vielseitig bezüglich ihrer Möglichkeiten zur Herstellung wärmefester Materialien mit unterschiedlichen Zusammensetzungen. Wir werden detailliert die chemische, physikalische und optische Beschaffenheit sowohl stöchimetrisch wie auch nicht-stöchiometrisch zusammengesetzter Silikate mit dem Ziel untersuchen, zu einem tieferen Verständnis der Staubzusammensetzung und der Mechanismen der Staubprozessierung in protoplanetaren Scheiben und der Schotterscheiben um junge Sterne zu gelangen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1385: The first 10 Million Years of the Solar System - a Planetary Materials Approach
• Internationaler Bezug: Japan, Österreich, USA
• Beteiligte Personen: Dr. Hans Werner Becker; Dr. Cornelia Jäger; Professorin Chiyoe Koike; Dr. Harald Mutschke; Privatdozent Dr. Thomas Posch; Professor Dr. Mario Trieloff; Dr. Diane Wooden