PPT
advertisement
QUASI-KRYSZTAŁY Ilona Zasada Katedra Fizyki Ciała Stałego Uniwersytet Łódzki Łódź 2004 Plan prezentacji Wprowadzenie Opis quasi-kryształów rodzaje struktura techniki eksperymentalne podsumowanie Własności i zastosowania KRYSZTAŁY - DEFINICJA Ciało stałe posiadające płaskie powierzchnie (fasetki) przecinające się pod określonymi kątami do XVII wieku KRYSZTAŁY - DEFINICJA Ciało stałe z uporządkowaniem na poziomie mikroskopowym od XVII do XIX wieku KRYSZTAŁY - DEFINICJA Ciało stałe z uporządkowaniem na poziomie mikroskopowym od XVII do XIX wieku KRYSZTAŁY - DEFINICJA Ciało stałe z uporządkowaniem na poziomie mikroskopowym od XVII do XIX wieku Rysunek M.C. Escher`a KRYSZTAŁY - DEFINICJA Ciało stałe utworzone poprzez periodyczne ułożenie identycznych elementów struktury (komórek elementarnych) w przestrzeni trójwymiarowej do 1991 r. ODKRYCIE QUASI-KRYSZTAŁÓW Profesor Dan Shechtman Badania faz powstających podczas szybkiego chłodzenia stopów aluminiowych elektronowy mikroskop transmisyjny dyfrakcja elektronów ODKRYCIE QUASI-KRYSZTAŁÓW Profesor Dan Shechtman Badania faz powstających podczas szybkiego chłodzenia stopów aluminiowych elektronowy mikroskop transmisyjny dyfrakcja elektronów Pierwsza publikacja D.Shechtman, I.Blech, D.Gratias, J.W.Cahn, Phys.Rev.Lett. 53 (1984) 1951 CO TO JEST QUASI-KRYSZTAŁ Ciało stałe wykazujące doskonałe uporządkowanie dalekiego zasięgu bez trójwymiarowej periodyczności translacyjnej płaskie powierzchnie (fasetki) przecinające się pod określonymi kątami dyskretny diagram dyfrakcyjny nie-krystalograficzna symetria rotacyjna KRYSZTAŁY - DEFINICJA Ciało stałe tworzące dyskretny diagram dyfrakcyjny od 1991 roku RODZAJE QUASI-KRYSZTAŁÓW Skład V-Ni-Si, Mn-Si-Al Geometria symetria ośmiokrotna RODZAJE QUASI-KRYSZTAŁÓW Skład V-Ni-Si, Mn-Si-Al Al-Cu-Fe, Al-Ni-Co Geometria symetria ośmiokrotna symetria dziesięciokrotna RODZAJE QUASI-KRYSZTAŁÓW Skład V-Ni-Si, Mn-Si-Al Al-Cu-Fe, Al-Ni-Co V-Ni, Cr-Ni Geometria symetria ośmiokrotna symetria dziesięciokrotna symetria dwunastokrotna RODZAJE QUASI-KRYSZTAŁÓW Skład V-Ni-Si, Mn-Si-Al Al-Cu-Fe, Al-Ni-Co V-Ni, Cr-Ni R - Mg - Zn Ho-Mg-Zn Geometria symetria ośmiokrotna symetria dziesięciokrotna symetria dwunastokrotna symetria dwudziestokrotna STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Koncepcja przestrzeni wielowymiarowej indeksowanie plamek dyfrakcyjnych kryształ - 3 niezależne wektory (indeksy Millera ) quasi-kryształy - co najmniej 5 niezależnych wektorów (uogólnione indeksy Millera) w przestrzeni wielowymiarowej można przedstawić strukturę quasi-periodyczną jako periodyczną przestrzeń n-wymiarowa jest zwykle podzielona na dwie podprzestrzenie wzajemnie ortonormalne: 3-wymiarową (zewnętrzną VE) i (n-3)-wymiarową (wewnętrzną VI) STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Koncepcja przestrzeni wielowymiarowej indeksowanie plamek dyfrakcyjnych kryształ - 3 niezależne wektory (indeksy Millera ) quasi-kryształy - co najmniej 5 niezależnych wektorów (uogólnione indeksy Millera) w przestrzeni wielowymiarowej można przedstawić strukturę quasi-periodyczną jako periodyczną rzeczywistą strukturę quasi-periodyczną w przestrzeni trójwymiarowej otrzymuje się przez zastosowanie odpowiedniej techniki projekcji lub techniki segmentacji STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Technika projekcji i segmentacji Ciąg Fibonacci’ego jako przykład dla jednowymiarowej sekwencji quasi-periodycznej jednowymiarowy analogon quasi-kryształów STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Technika projekcji i segmentacji Ciąg Fibonacci’ego jako przykład dla jednowymiarowej sekwencji quasi-periodycznej jednowymiarowy analogon quasi-kryształów 1 1 5 1.618 ... 2 - stosunek pomiędzy długimi i krótkimi segmentami (opisuje również zależność pomiędzy przestrzenią zewnętrzną (VE) a przestrzenią o wyższym wymiarze) STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Nie posiadają prostej „komórki elementarnej”, chociaż posiadają lokalną konstrukcję, która powtarza się prawie (quasi) periodycznie Posiadają lokalną symetrię rotacyjną np. pięciokrotną czyli tzw. symetrię niekrystalograficzną STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Mogą być przedstawione w postaci tzw. diagramów „dekarskich” Penrosa, w których używa się kopii dwóch różnych rombów aby pokryć płaszczyznę lub romboedrów aby wypełnić przestrzeń STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Mogą być przedstawione w postaci tzw. diagramów „dekarskich” Penrosa, w których używa się kopii dwóch różnych rombów aby pokryć płaszczyznę lub romboedrów aby wypełnić przestrzeń STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Symetria pięciokrotna Symetria dziesięciokrotna STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Koncepcja komórki quasi-elementarnej Obraz z quasi-elementarną komórką czyli przekrywające się dziesięciokąty Diagram „dekarski” z przekrywających się dziesięciokątów zamieniony na diagram „dekarski” Penrosa STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Koncepcja komórki quasi-elementarnej Redukcja diagramów Penrosa do pojedynczego powtarzającego się klastra stanowi poważne uproszczenie problemu i oznacza że struktura quasi-kryształu jest zdefiniowana przez obsadzenie atomów w quasi-elementarnej komórce analogicznie jak w przypadku klasycznych kryształów Problem stanowi ustalenie reguł przekrywania się klastrów wymagające złożonych obliczeń energetycznych STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Przekrywanie się klastrów Reguły przekrywania się klastrów obszar przekrywania ma być większy od mniejszego obszaru szarego kolory obu klastrów w obszarze przekrywania mają być identyczne STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Obraz doświadczalny i model AL72Ni20Co8 Obraz doświadczalny uzyskany metodą wysoko-kątowych pierścieni ciemnego pola (HAADF) Model przekrywających się komórek quasi-elementarnych w postaci dziesiąciokątów STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Obraz doświadczalny i model AL72Ni20Co8 STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Model AL72Ni20Co8 Struktura posiada dwie warstwy rozdzielone wzdłuż osi c: wypełnione kółka reprezentują położenie warstwy c = 0, puste kółka reprezentują położenie warstwy c = 1/2 Duże kółka reprezentują:Ni (czerwone), Co (zielone) Małe kółka reprezentują: Al STRUKTURA QUASI-KRYSZTAŁÓW Model AL72Ni20Co8 Obraz doświadczalny z mikroskopu elektronowego wysokiej rozdzielczości (HREM) Obraz HREM obliczony ZABAWA NA BAZIE QUASI-KRYSZTAŁÓW ZABAWA NA BAZIE QUASI-KRYSZTAŁÓW TECHNIKI EKSPERYMENTALNE SAED - dyfrakcja elektronów z wybranego obszaru CBED - dyfrakcja skupionej wiązki elektronów informacje strukturalne (ogólne) techniki dyfrakcji promieni X określenie grupy punktowej i przestrzennej HRTEM - mikroskop elektronowy wysokiej rozdzielczości informacje w przestrzeni odwrotnej (symetria, grupy punktowe) informacje strukturalne (szczegółowe) dyfrakcja neutronów informacje strukturalne (szczegółowe) WŁASNOŚCI QUASI-KRYSZTAŁÓW niskie tarcie powierzchniowe wysoka odporność na utlenianie wysoka odporność na ścieranie ZASTOSOWANIE QUASI-KRYSZTAŁÓW pokrycia, powłoki składnik kompozytów metalowych materiał do składowania wodoru bariery termiczna sensory podczerwieni PODSUMOWANIE 1984 odkrycie quasi-kryształów 1984 koncepcja diagramów Penrosa D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, J. W. Cahn, Phys.Rev.Lett. 53 (1984) 1951 D. Levine and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 2477; Phys. Rev. B34 (1986) 596 1991 koncepcja struktury klastrowej P. W. Stephens and A. I. Goldman, Scientific American 264 (1991) 24 PODSUMOWANIE 1984 odkrycie quasi-kryształów 1984 koncepcja diagramów Penrosa D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, J. W. Cahn, Phys.Rev.Lett. 53 (1984) 1951 D. Levine and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 2477; Phys. Rev. B34 (1986) 596 1991 koncepcja struktury klastrowej P. W. Stephens and A. I. Goldman, Scientific American 264 (1991) 24 PODSUMOWANIE 1984 odkrycie quasi-kryształów 1984 koncepcja diagramów Penrosa D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, J. W. Cahn, Phys.Rev.Lett. 53 (1984) 1951 D. Levine and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 2477; Phys. Rev. B34 (1986) 596 1991 koncepcja struktury klastrowej P. W. Stephens and A. I. Goldman, Scientific American 264 (1991) 24 PODSUMOWANIE 1996 koncepcja quasi-elementarnej komórki P. J. Steinhardt, H. C. Jeong, Nature 382 (1996) 433 P. Gummelet, Geom. Dedicata 63 (1996) 1 1999 doświadczalne potwierdzenie koncepcji quasielementarnej komórki P. J. Steinhardt, H. C. Jeong, K. Saitoh, M. Tanaka, E. Abe, A. P. Tsai, Nature 396 (1999) 55 PODSUMOWANIE 1996 koncepcja quasi-elementarnej komórki P. J. Steinhardt, H. C. Jeong, Nature 382 (1996) 433 P. Gummelet, Geom. Dedicata 63 (1996) 1 1999 doświadczalne potwierdzenie koncepcji quasielementarnej komórki P. J. Steinhardt, H. C. Jeong, K. Saitoh, M. Tanaka, E. Abe, A. P. Tsai, Nature 396 (1999) 55 http://www.quasi.iastate.edu http://www.cmp.caltech.edu http://www.jcrystal.com http://feynman.princeton.edu
