Schwingungen und Relaxationen in Gläsern und unterkühlten Metallschmelzen

• Applicant: Dr. Herbert R. Schober
• Subject Area: Synthesis and Properties of Functional Materials
• Term: from 2000 to 2002
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5177260

Es sollen die Dynamik von metallischen Gläsern und von Schmelzen nahe der Glasübergangstemperatur theoretisch untersucht werden. Die atomistische Struktur von Gläsern und amorphen Materialien unterscheidet sich nur wenig von der der entsprechenden Schmelzen. Im Glas findet man bei niedereren Frequenzen zusätzliche Schwingungsmoden, die als quasi-lokale Schwingungen identifiziert wurden. Diese Schwingungen sind, wie die bei endlichen Temperaturen auftretenden lokalen Relaxationen, auf typisch 20 und mehr Atome konzentriert. Die Struktur dieser Atomgruppen ist typisch kettenförmig mit Verzeigungen. In dem vorliegenden Projekt werden die bisherigen Simulationen von Gläsern in die Schmelze fortgeführt. Als Modellsystem benutzen wir dabei einatomare und binäre Modellsysteme aus "weichen Kugeln" und "Lennard-Jones Atomen" sowie Selen und CuZr. Die Untersuchungen sind komplementär zu Untersuchungen zum Modenkopplungsansatz. Es wird die Diffusion der einzelnen Komponenten des Glases studiert. Speziell sollen die verschiedenen Mechanismen der Diffusion untersucht werden. In der unterkühlten Schmelze von CuZr beobachtet man eine kooperative Bewegung, die wohl der im Glas entspricht, bei der die einzelnen Atome sich im Einzelschritt nur um einen Bruchteil des nächsten Nachbarabstandes bewegen. Zusätzlich findet man noch Sprünge von Atomen, besonders der kleineren Komponente, in nächste Nachbarplätze. Die Wechselwirkung der beiden Mechanismen ist noch unverstanden. Der Wechsel des Diffusionsmechanismus drückt sich in einer Änderung des Isotopieeffektes der Diffusion aus. Bei Abkühlen gegen den Glasübergang werden für beide Komponenten verschieden stark ausgeprägte dynamische Heterogenitäten beobachtet. Diese sollen mit den Diffusionsmechanismen verknüpft werden. Weiter sollen Effekte von Abkühlraten und Alterung, sowie die Entwicklung der chemischen Ordnung über mesoskopische Distanzen, wie sie sich im sogenannten "prepeak" des Strukturfaktors zeigt, untersucht werden. Zum Vergleich mit Streuexperimenten werden dynamische Strukturfaktoren berechnet.

• DFG Programme: Research Grants