Nanometrie an ausgewählten Einkristallen

Der zentrale Begriff des beantragten Projekts ist "Nanometrie", eine Kombination mehrerer experimenteller und theoretischer Methoden zur Ermittlung physikalischer Eigenschaften im Nanometer- bzw. Sub-Nanometer- Maßstab. Als experimentelle Verfahren beabsichtigen wir die Einkristall-Mößbauerspektroskopie (SCMBS) und die Röntgendiffraktometrie einzusetzen. Erstere soll dazu dienen, den elektrischen Feldgradienten (EFG) direkt festzulegen - eine zentrale Größe bei der Bestimmung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen. Letztere soll dazu beitragen, Elektronendichten zur Ableitung eines semi-quantitativenheoretischen EFG`s in der kristallographischen Einheitszelle auszumessen - Mittel zum Zweck ist dabei ein bereits früher entwickeltes 3D- Darstellungs- und Berechnungsprogramm, das man auch als "Supermiskroskop" oder "Nanoskop" ansehen könnte. Eine moderne voll-quantitativeheoretische Methode im Rahmen der bekannten Dichtefunktional- theorie soll dafür den exakten mathematischen Hintergrund liefern. Die genannten Verfahren sollen auf Einkristallproben mit unterschiedlichem wissenschaftlichen Erkenntnispotential angewandt werden: 1) auf ein bekanntes Schmuckmineral (synth. und nat. Alexandrit) mit ausgeprägtem Pleochroismus, wo die Verteilung der Eisenionen auf die kristallographischen Lagen und der Mechanismus der optischen Eigenschaften bestimmt werden sollen 2) auf eine Mischkristallreihe zwischen einem Fe(II)-haltigen Mineral (Fayalit) und der entsprechenden Fe(III)- haltigen Verbindung (dem relativ neuen Mineral Laihunit) in Abhängigkeit des Fe(II)/Fe(III) - Verhältnisses und der Temperatur im Bereich zwischen 4.2K und 300C. Die Lageverteilung der Fe(III)-Ionen und die Beschreibung des komplizierten Magnetismus und dessen Ursachen stellt hier eine besondere wissenschaftliche Herausforderung dar. Von der Kombination der angewendeten Verfahren werden viel tiefere Einsichten in Struktur-Eigenschafts- Beziehungen im Festkörper erwartet, als es den einzelnen Verfahren für sich allein möglich wäre. In einem vorangegangenen projekt haben wir bereits die Grundlagen für diese relativ neue Vorgangsweise geschaffen und eine umfassende, detaillierte Erklärung für die physikalischen Eigenschaften des Fayalits Fe2SiO4 liefern können.

Der zentrale Begriff des beantragten Projekts ist "Nanometrie", eine Kombination mehrerer experimenteller und theoretischer Methoden zur Ermittlung physikalischer Eigenschaften im Nanometer- bzw. Sub-Nanometer- Maßstab. Als experimentelle Verfahren beabsichtigen wir die Einkristall-Mößbauerspektroskopie (SCMBS) und die Röntgendiffraktometrie einzusetzen. Erstere soll dazu dienen, den elektrischen Feldgradienten (EFG) direkt festzulegen - eine zentrale Größe bei der Bestimmung von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen. Letztere soll dazu beitragen, Elektronendichten zur Ableitung eines semi-quantitativenheoretischen EFG`s in der kristallographischen Einheitszelle auszumessen - Mittel zum Zweck ist dabei ein bereits früher entwickeltes 3D- Darstellungs- und Berechnungsprogramm, das man auch als "Supermiskroskop" oder "Nanoskop" ansehen könnte. Eine moderne voll-quantitativeheoretische Methode im Rahmen der bekannten Dichtefunktional- theorie soll dafür den exakten mathematischen Hintergrund liefern. Die genannten Verfahren sollen auf Einkristallproben mit unterschiedlichem wissenschaftlichen Erkenntnispotential angewandt werden: 1) auf ein bekanntes Schmuckmineral (synth. und nat. Alexandrit) mit ausgeprägtem Pleochroismus, wo die Verteilung der Eisenionen auf die kristallographischen Lagen und der Mechanismus der optischen Eigenschaften bestimmt werden sollen 2) auf eine Mischkristallreihe zwischen einem Fe(II)-haltigen Mineral (Fayalit) und der entsprechenden Fe(III)- haltigen Verbindung (dem relativ neuen Mineral Laihunit) in Abhängigkeit des Fe(II)/Fe(III) - Verhältnisses und der Temperatur im Bereich zwischen 4.2K und 300C. Die Lageverteilung der Fe(III)-Ionen und die Beschreibung des komplizierten Magnetismus und dessen Ursachen stellt hier eine besondere wissenschaftliche Herausforderung dar. Von der Kombination der angewendeten Verfahren werden viel tiefere Einsichten in Struktur-Eigenschafts- Beziehungen im Festkörper erwartet, als es den einzelnen Verfahren für sich allein möglich wäre. In einem vorangegangenen projekt haben wir bereits die Grundlagen für diese relativ neue Vorgangsweise geschaffen und eine umfassende, detaillierte Erklärung für die physikalischen Eigenschaften des Fayalits Fe2SiO4 liefern können.