Strukturelle Phasenuebergaenge

Das Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Frage, ob der Struktur- Gedächtniseffekt und dessen zugrundeliegender Martensit Phasenübergang für den Bau eines Nanoschalters geeignet ist. Während eines Martensit Phasenübergangs geht eine Kristallstruktur bei einer bestimmten Temperatur oder äußerem Druck in eine andere über. Dieser Effekt wird bei verschiedenen Legierungen, aber auch reinen Metallen wie zum Beispiel Eisen, das einen "alpha-gamma-Übergang" bei 1184 K von der niedrig-Temperatur bcc (Martensit) zur hoch-Temperatur fcc (Austenit) Struktur zeigt, beobachtet.

Wir simulieren die Martensit Transformation von Nanosystemen verschiedener Materialien mit Atomzahlen zwischen 1 000 und 200 000 Atomen mithilfe von Molekulardynamik (MD). Diese werden entweder mit freien Randbedingungen in einem NVT-Ensemble oder mit periodischen Randbedingungen in einem NPT-Ensemble mit einer flexiblen Simulationsbox [d1] durchgeführt. Um Ergebnisse zu bekommen, die mit Experimenten oder Ab Initio Rechnungen mit kleineren Teilchenzahlen vergleichbar sind, benutzen wir Modell-Potentiale wie EAM ("embedded-atom method") [d2] und Tight-Binding in der Näherung des zweiten Moments [d3].

Auf diesem Weg können viele verschiedene Legierungen oder reine Materialien simuliert und durch die Analyse von Übergangstemperaturen, Kristallstrukturen, freien Energien während der Phasenübergänge und Phononen- Dispersionsrelationen, sowohl mit Experimenten, als auch mit Vorhersagen verglichen werden.

Neben Fe und FeNi Legierungen mit unterschiedlichen Ni Konzentrationen, welche einen bcc-fcc Übergang bei hohen Temperaturen zeigen, haben wir uns hauptsächlich auf NiTi Systeme mit näherungsweise gleichen Atomzahlen konzentriert. Der auftretende Übergang von B19' nach B2 wird sowohl in Festkörper als auch in Nanosystemen untersucht. Darüber hinaus untersuchen wir den Struktur- Gedächtniseffekt von Nano-Modellsystemen in dem wir die Drücke und Temperaturen des jeweiligen System ändern.

b) Ältere Publikationen

c) Abgeschlossene Arbeiten

1. H. Knoth, Diplomarbeit: Finite-Size-Studien zu "Phasenumwandlungen" in Modell-Nanostrukturen mittels Computer-Simulationen (2002)
2. D. Mutter, Diplomarbeit: Modellierung und Simulation der Magnetisierungsdynamik auf Kugelkappen und verwandten Geometrien (2007)
3. D. Mutter,Doktorarbeit: Computersimulationen zu strukturellen Phasenübergängen und Formgedächtnisverhalten auf Nanometerskala (2012)

d) Referenzen

1. G. J. Martyna et al., J. Chem. Phys. 101, 4177 (1994).
2. R. Meyer and P. Entel, Phys. Rev. B 57, 5140 (1998).
3. W. S. Lai, B. X. Liu, J. Phys. Cond. Mat. 12, L53-L60 (2000).

e) Externe Links zu Programmen, Potentialen, etc.

f) Bücher

1. D. Mutter, Doktorarbeit, Verlag Shaker (2012)