Diffusion Investigations with Synchrotron Radiation

Diffusionsphänomene sind von größter Bedeutung für Hochtemperatureigenschaften von Festkörpern. Das generelle Verständnis der Kinetik in makroskopischen Systemen und Filmen, die für ihre Stabilität bei erhöhten Temperaturen verantwortlich ist, ist von enormer Wichtigkeit. Im Gegensatz zu den makroskopischen Methoden, die z.B. aus dem Konzentrationsprofil von Traceratomen die Information über atomare Ereignisse ableiten, "verfolgen" die mikroskopischen Methoden die Atome unmittelbar während ihrer Diffusionssprünge. Wir haben aus dem Erscheinen der Synchrotronquellen der dritten Generation Vorteil gezogen und vor kurzem dem Spektrum von mikroskopischen Methoden, die für die Untersuchung von Diffusion geeignet sind, eine neue hinzugefügt. Das Ziel der Forschung war gegliedert in: - Da die neu entwickelte Methode weitgehend unerforscht war, war die Überprüfung von theoretischen Vorhersagen, die noch nicht experimentell bewiesen worden waren, ein wichtiger Vorsatz. - Der Diffusionseffekt, der sich durch einen beschleunigten Abfall der Intensität in den Zeitspektren äußert, wurde in Streu- statt in Transmissionsgeometrie gemessen, und es wurden Diffusionsparameter entsprechend den Tracerergebnissen ermittelt. Diese Technik wird den Anwendungsbereich der Methode auf spröde Proben, die nicht als dünne Folien für Transmissionsexperimente hergestellt werden können, ausdehnen. - Die Vorteile der Röntgenstrahlen in Diffusionsexperimenten sind klar aus den Untersuchungen von intermetallischen Verbindungen ersichtlich. Der kleine Querschnitt des Synchrotronstrahls kombiniert mit geringer Strahldivergenz (d.h. extreme Brillanz des Synchrotronstrahls) ermöglicht die Untersuchung mikroskopischer Diffusionsmechanismen von Eisenatomen in intermetallischen Verbindungen, die für Hochtemperaturanwendungen geeignet sind. Die Eisen-Aluminium Legierung, in der die nächsten Nachbarn jedes Eisenatoms Aluminiumatome sind, offenbarte ein nicht naheliegendes Sprungmodell, nämlich eine Bevorzugung der Sprünge in die dritte Nachbarschaftsschale gegenüber Sprüngen in die zweite Schale. Darüber hinaus wurden mehrere Experimente mit dem Hintergedanken, die Effektivität der Anwendung der Synchrotronstrahlung für zukünftige Dynamikuntersuchungen zu erhöhen, durchgeführt: - Der Diffusionsmechanismus wurde mit nicht-resonant gestreuten Röntgenstrahlen untersucht. Diese Technik ermöglicht die Untersuchung von Proben unabhängig von der atomaren Zusammensetzung anstelle von Proben, deren Zusammensetzung mit der Untersuchungsmethode abgestimmt sein muss. - Metallische Schichten sind gegenwärtig Gegenstand aufwendiger Untersuchungen aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungen in Nanotechnologie und Elektronik. Vorläufige Untersuchungen mit Reflektometrie unter streifendem Einfallswinkel in Kombination mit der kernresonanten Streuung lieferten Informationen über eine stark verstärkte Diffusion in der Oberflächenregion einer Eisenprobe. Zusammenfassend: Die Ergebnisse des Projekts P12492 belegen und erweitern die Möglichkeiten der Diffusionsuntersuchungen mittels Synchrotronstrahlung durch eine klare Demonstration der Vorteile der zeitaufgelösten Untersuchungen mit einem extrem intensiven Synchrotronstrahl.