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Strukturaufklärung bei ikosaedrischen Phasen

Nun wird die genaue Vorgehensweise bei der Strukturaufklärung ikosaedrischer Phasen geschildert. Bei der Interpretation der Streudaten macht man starken Gebrauch vom Projektionsformalismus. Man geht davon aus, daß die mittlere Struktur sich als Streifenprojektionsmenge auffassen läßt. Aus den Intensitäten der gemessenen Reflexe läß sich auf das hochdimensionale Gitter und auf die grobe Gestalt der Fenster im internen Raum schließen.
Man muß sich vergegenwärtigen, daß man es nun mit vier Räumen zu tun hat, jeweils einem direkten (tex2html_wrap_inline5259) und einem reziproken (tex2html_wrap_inline5261) sowie einem physikalischen (tex2html_wrap_inline5263) und einem internen (tex2html_wrap_inline5265).


Das Verfahren ist für ikosaedrische Quasikristalle in [Cor91] und [Bou92] ausführlich beschrieben. Ich skizziere kurz den Weg:
Die Reflexe werden zunächst, wie auch bei Kristallen üblich, durch ganze Zahlen indiziert, jedoch in der Form tex2html_wrap_inline5283 mit 6 Indizes. Der Vorfaktor ergibt die sechsdimensionale Gitterkonstante A, das Fehlen von Reflexen (Auswahlregeln für die Indizes) zeigt die Art des sechsdimensionalen Gitters: bis jetzt ist man im Experiment auf primitive und flächenzentrierte Gitter gestoßen.
Durch die Abbildung tex2html_wrap_inline5037 erhält man zu jedem Reflex tex2html_wrap_inline5287 die entsprechenden Koordinaten tex2html_wrap_inline5289 im internen Raum. Die Reflexintensität ist eine einfache Funktion tex2html_wrap_inline5291 des internen Wellenzahlvektors, und zwar das Quadrat der Fouriertransformierten der charakteristischen Funktion des Fensters. Da nur die Intensität, nicht aber die Phase der Reflexamplituden bekannt ist, hat man das gleiche Problem wie bei Kristallen: die Fourierrücktransformierte der Intensität ergibt nicht die Struktur im Ortsraum, (z.B. die Atompositionen), sondern die Autokorrelationsfunktion, die die Häufigkeitsverteilung von Atomabständen in der Struktur beschreibt. Entsprechend muß man hier durch eine Pattersonanalyse die Form der Fenster aus ihrer Autokorrelationsfunktion bestimmen.
Im Experiment kann man von den theoretisch unendlich vielen Reflexen nur endlich viele auswerten: die restlichen verschwinden wegen kleiner Intensität im stochastischen Untergrund oder liegen zu dicht beieinander und können nicht aufgelöst werden. Da aber zur Beschreibung eines Fensters unendlich viele Parameter nötig sind, liegt ein schlecht gestelltes Problem vor: die möglichen Fensterformen müssen durch zusätzliche Annahmen eingeschränkt werden. Die Reflexe niedriger Ordnungen (also kleiner tex2html_wrap_inline5289, also meist hoher Intensität) liefern allerdings gute Angaben über die Fenstervolumina. Wenn die Fenster keine Löcher im Inneren besitzen, sind damit im Falle von i-AlCuFe und i-AlPdMn ca. 90% der Atompositionen sicher bestimmt, der Rest hängt von den Außenbereichen des Fensters ab.
Stochastische lokale Störungen der quasikristallinen Ordnung machen sich nicht durch eine Verbreiterung der Reflexe, sondern durch einen diffusen Streuhintergrund und durch verminderte Reflexintensitäten (Beschreibung durch phononische bzw. phasonische Debye-Waller-Faktoren) bemerkbar.
Die ``perfekten'' Phasen i-AlCuFe und i-AlPdMn zeichnen sich durch eine Schärfe der Reflexe in der Größenordnung des bestmöglichen experimentellen Auflösungsvermögens aus und sind daher besonders geeignet für Experimente, aber auch theoretisch interessant wegen der hohen Reichweite der quasikristallinen Ordnung.
Experimentell findet man in diesen Fällen ein flächenzentriertes sechsdimensionales Gitter, was zur Bezeichnung ``F-Phasen'' geführt hat, und außerdem verschiedene tex2html_wrap_inline5291-Abhängigkeiten für verschiedene Untergitter (Auswahlregeln für Indizes), also eine Überstruktur. Man hat es bei den verschiedenen Punktklassen mit drei verschiedenen Fenstern sowie einem leeren Fenster zu tun.


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