Elektrische Quadrupolwechselwirkung in defektreichen und deformierten MAX-Phasen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird dargestellt, wie sich mit Methoden der nuklearen Festkörperphysik Defekte und Deformationen selbst in kristallographisch komplexen Materialien wie den MAX-Phasen, einer Klasse von Komplexcarbiden bzw. -nitriden, in-situ nachweisen lassen. Die sensitive Messgröße bildet dabei der elektrische Feldgradient (EFG), der ein Maß für die Asymmetrie der den jeweiligen Sondenkern umgebenden Ladungsverteilung darstellt. Es werden zwei Wechselwirkungsmechanismen zwischen Defekt und EFG diskutiert: Einerseits die langreichweitigen Auswirkungen elastischer Verzerrungen, andererseits der direkte Einfluss eines Defektes auf seine lokale elektronische Umgebung. Die Bestimmung der elastischen Antwort des Feldgradienten erfolgt mittels Ab-initio-Methoden im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie. Der dabei vorgestellte Ansatz erlaubt es, die Ursachen der Dehnungsabhängigkeit zu klären und andere, speziellere Dehnungsabhängigkeiten wie die Volumenabhängigkeit oder die Strukturabhängigkeit des Feldgradienten zu bestimmen. Die in der Umgebung bestimmter Defekte oder Deformationen auftretenden EFG-Verteilungen werden anhand der allgemeinen Dehnungsabhängigkeit mittels Monte-Carlo-Simulationen bestimmt. Die so vorhergesagten Verteilungen werden durch ein Experiment im Rahmen der gestörten $\gamma$-$\gamma$-Winkelkorrelation (PAC) sichtbar gemacht, indem polykristalline MAX-Phasen unter uniaxialer Last verformt werden. Eine quantitative Auswertung erlaubt es schließlich, Defektdichten in-situ abzuschätzen. Die lokalen Auswirkungen auf den EFG werden anhand verschiedener MAX-Phasen-Mischkristalle systematisch untersucht. Im Zuge dessen wird die Synthese eines bisher unbekannten MAX-Phasen-Mischkristalls, Ti$_2$(Al$_{0,5}$,In$_{0,5}$)C, beschrieben. Die Zugehörigen Gitterkonstanten werden mittels Röntgendiffraktometrie im Rahmen der Rietveld-Methode bestimmt.