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Quasikristalle sind geordnet aber nicht periodisch 

Mit ihrer ungewöhnlichen atomaren Struktur bieten sie exotische physikalische Eigenschaften, die in theoretischer Form noch angemessen erklärt werden müssen. 
Quasikristalle sind geordnet aber nicht periodisch 
Eine Ordnung ist nicht periodische, wenn eine verschobene Kopie mit seinem Original nie genau übereinstimmen wird. In zwei Dimensionen gibt es viele Sätze von einfachen Kacheln, die eine Oberfläche vollständig nicht-periodisch abdecken können. Quasikristalle erweitern die Eigenschaft auf drei Dimensionen.

Das Projekt SPINSINQUASICRYSTALS (Magnetic moments in geometrically frustrated systems with quasiperiodic order and disorder) entwickelte Modelle, um einen besseren Einblick in die magnetischen Eigenschaften von Quasikristallen zu erhalten. Eine wichtige Frage ist, wie ihre exotischen elektronischen Eigenschaften ihren Magnetismus beeinflussen.

Die Untersuchung konzentrierte sich auf theoretische Modelle von Quasikristallen aus Seltenen Erden. Dies ist eine häufige Art von magnetischem Quasikristall, die bei Konzentrationen von 5-10% gut definierte lokale Momente hat. Diese wirken durch weitreichende magnetische Wechselwirkungen (sogenannte Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida- oder kurz RKKY-Wechselwirkungen) und werden von Leitungselektronen vermittelt. Die Forscher entwickelten eine verbesserte numerische Methode, um die Form der RKKY-Wechselwirkungen unter Verwendung einer eng bindenden Hamilton-Funktion bei quasiperiodischer Kachelung zu berechnen.

In einem zweiten Schritt wurden die magnetischen Eigenschaften von quasiperiodischen Systemen mit RKKY-Wechselwirkungen mithilfe umfangreicher Monte-Carlo-Simulationen untersucht. Für alle Systeme wurde festgestellt, dass es stark gekoppelte Spin-Cluster mit schwacher Inter-Cluster-Kopplung bei bestimmten Mustern der Kacheln gab und dass sich eine magnetische Ordnung mit großer Reichweite bei niedriger Temperatur bildete.

Die Bildung von stark gekoppelten Clustern und deren Schwankungen auch bei sehr niedrigen Temperaturen schien mit experimentellen Beobachtungen übereinzustimmen. Im Gegensatz dazu zeigt die Art des Ordnungsübergangs im Modell deutliche Unterschiede zu jüngsten Experimenten, die in der Regel ein Spin-glasartiges Einfrieren der magnetischen Momente bei niedrigen Temperaturen zeigen.

Die Unordnung von atomaren Stellen ist in Quasikristallen sehr häufig. Um die Unordnung der Stellen zu modellieren, wurde ein Zufallspotential zu den Leitungselektronen hinzugefügt. Die Berechnungen der RKKY-Wechselwirkungen zusammen mit den Monte-Carlo-Simulationen haben gezeigt, dass eine weitreichende magnetische Ordnung in quasiperiodischen Systemen bei einer endlichen Unordnungskraft zerstört wird.
 

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Quasikristall, Magnetismus, Ruderman-Kittel-Kasuya-Yosida-Interaktion, Kacheln 
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