Druckinduzierte Phasenumwandlungen in einfachen Metallen

Strukturelle Phasenübergänge von Materialien unter hohem Druck stellen gegenwärtig ein hoch-aktuelles Forschungsgebiet dar. Im Rahmen des beantragten Projektes werden druckinduzierte Phasenumwandlungen der Metalle Lithium, Natrium, Kalium und Barium untersucht, welche für eine Modellierung des Hochdruckverhaltens von Materialien wegen ihrer einfachen Elektronen-struktur von besonderem Interesse sind. Bisherige Untersuchungen dieser Metalle unter hohen Drücken wurden nahezu ausschließlich mit Röntgen- Pulverdiffraktometrie durchgeführt. Diese Methode ist sehr gut geeignet zur Identifizierung der beobachteten Kristallstrukturen, liefert aber keinerlei weitergehende Informationen über den Mechanismus der Umwandlung. Von theoretischer Seite wurden zwei grundsätzlich verschiedene Mechanismen vorgeschlagen: einerseits Änderungen der Besetzung elektronischer Zustände unter Druck, andererseits druckunterstützte martensitische Schertransformationen. In diesem Zusammenhang ist bemerkenswert, daß zwei der betrachteten Metalle, Li und Na, auch martensitische Umwandlungen bei tiefer Temperatur unter Normaldruck besitzen. Nähere experimentelle Aufschlüsse über die Umwandlungsmechanismen können nur durch Untersuchungen an Einkristallen gewonnen werden, wie sie durch neu entwickelte Druckzellen für Neutronenstreuung in den letzten Jahren erstmals möglich wurden (wesentliche Ergebnisse liegen bisher an den Metallen Zink, Germanium und Eisen vor). In Hinblick auf die Verfügbarkeit dieser neuen Druckzellen werden die folgenden Untersuchungen an Li, Na, K und Ba-Einkristallen projektiert: a) inelastische Neutronenstreuung. Untersuchung der Gitterdynamik bei Annäherung an den Umwandlungsdruck mit besonderem Augenmerk auf weichen Phononenzweigen. b) diffus-elastische Streuung. Suche nach statischen Vorläufererscheinungen der Umwandlung, welche Informationen über den Nukleationsvorgang liefern können. Untersuchung von Stapelfehlern in den dicht gepackten Hochdruckphasen. c) Bragg-Streuung. Untersuchung der kristallographischen Orientierungsbeziehungen zwischen den Phasen, der Kinetik der Umwandlung, von Hysterese-Erscheinungen und zeitlich verzögerter Umwandlung ("Inkubationszeiten") Erforschung der Druck-Temperatur-Phasendiagramme bei tiefen Temperaturen. Dies ist von besonderem Interesse, um die Zusammenhänge zwischen den druckinduzierten Umwandlungen bei Raumtemperatur und den martensitischen Umwandlungen von Li und Na bei tiefen Temperaturen und Atmosphärendruck zu klären. Für diese Untersuchungen wird ein spezieller Kryostat zum Kühlen der Druckzellen konstruiert.