Neue Zugänge zu Verzerrung und Elastizität

Das vorliegende Projekt ist verwandt mit dem vorhergehenden Projekt "Mesoskopische Strukturen in der Nähe von Phasenübergängen". Bei den mesoskopischen Strukturen handelt es sich um Domänen, Domänenwänden, Solitonen in der Nähe von inkommensurablen Phasen, Vorläuferstrukturen bei Phasenumwandlungen, etc. Speziell in der Nähe von strukturellen Phasenübergängen ist der Einfluss von solchen inhomogenen Texturen auf die Materialeigenschaften sehr groß, da die Korrelationen bei Annäherung an Tc sehr stark zunehmen. Diesen Effekt benutzen wir im Rahmen dieses Projektes, um (wie durch eine Lupe) den Einfluss von mesoskopischen Strukturen auf die Materialeigenschaften besser zu verstehen. Man weiß inzwischen, dass Texturen in Materialien sehr stark von Verzerrungsfeldern beeinflusst werden. Der rote Faden, der sich durch alle Teilprojekte zieht, sind eben gerade diese Verzerrungen (homogen oder inhomogen) bzw. die mechanischen Spannungen (linear - nichtlinear, isotrop vs. anisotrop), die in solchen Texturen auftreten, bzw. diese beeinflussen. Insbesondere wollen wir zusätzlich zum Temperaturverhalten auch das Druckverhalten der Kristalle untersuchen. Dabei verwenden wir 3 komplementäre Methoden: - Experiment - Computersimulation - Analytische Theorie Die Materialien kommen aus den Bereichen: Synthetische Kristalle, Mineralien, Legierungen.

Im Rahmen des Projektes wurden im wesentlichen 3 Problemkreise untersucht, die alle in einem gewissen Zusammenhang stehen: elastisches Verhalten von Kristallen unter extrem hohen Drücken Schallausbreitung in Kristallen bei seismischen Frequenzen Einfluss von Mikrostrukturen auf das makroskopische Verhalten von Kristallen Diese Phänomene spielen eine große Rolle im Inneren unserer Erde, wo sehr hohe Temperaturen und Drücke herrschen. Daher ist es wichtig, das elastische Verhalten von Kristallen auch bei sehr hohen Drücken zu kennen. Wir konnten erstmals ein Modell aufstellen mit dem man die Gitterkonstanten und die elastischen Konstanten von beliebigen Kristallen in Abhängigkeit vom Druck berechnen kann. Ein Vergleich mit Röntgenmessungen von verschiedenen Mineralien in einer Diamantstempelzelle hat hervorragende Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment ergeben. Mehr als 60 % unserer Erde besteht aus Mineralien mit einer sogenannten Perovskitstruktur. Andererseits gewinnt man hauptsächlich aus seismische Messungen Aufschluss über das physikalische Verhalten unserer Erde. Die seismischen Wellen liegen üblicherweise bei Frequenzen von einigen Hertz. Wir haben daher Mineralien mit Perovskitstruktur bei tiefen Frequenzen vermessen, und dabei wichtige Ergebnisse für das elastische Verhalten von MIneralien bei seismischen Frequenzen und verschiedenen Temperaturen gewonnen. Im Verlauf des Projektes haben wir unter anderem ein Mineral studiert, das in Geophysikalischen Kreisen stark diskutiert wird: Lawsonit ist ein Mineral, welches 11% Wasser beinhaltet und bis zu hohem Druck und Temperatur stabil ist. Die Kristalle kommen hauptsächlich in Bereichen der Subduktionszonen vor, wo die kontinentalen Platten tief in den Erdmantel abtauchen. Lawsonitkrsitalle tragen daher wesentlich zum großen Wasserkreislauf unserer Erde bei. Wir haben das Phasenübergangsverhalten von Lawsonitkristallen untersucht und dabei wesentliche Erkenntnisse über den Einfluss der Wassermoleküle auf die strukturellen Änderungen mit Temperatur gefunden. Die Ergebnisse des Projektes betreffen Bereiche der Geologie, Geophysik und Mineralogie und tragen sicherlich zu einem besseren Verständnis der physikalischen Eigenschaften unserer Erde bei.