Neutronenspektroskopische Untersuchung der Gitterdynamik der kubischen Laves Phase NdAl2

Abstract

Ziel der vorliegenden Dissertation war die Untersuchung der Gitterdynamik von NdAl2 mittels inelastischer Neutronenstreuung an einem Einkristall.<br />Nach einer Beschreibung der Struktur dieser kubischen Laves Phase wird die Erzeugung des Einkristalls mit dem Czochralski Verfahren beschrieben. Diese nötige Vorarbeit nahm einen wesentlichen Zeitanteil der experimentellen Arbeit in Anspruch. Im dritten Kapitel wird die Überprüfung der Güte sowie die (Vor)orientierung des Kristalls diskutiert. Diese Untersuchungen, die auch mit Neutronenstreuung durchgeführt werden können (und ergänzend auch durchgeführt wurden), waren im Hinblick auf die wertvolle und begrenzte Messzeit am Reaktor wichtig.<br />Auf das vierte Kapitel, in welchem die wesentlichen theoretischen Grundlagen zur Beschreibung der Gitterdynamik dargestellt werden, folgt die Diskussion der Neutronenstreuung im Allgemeinen und, was die verwendeten experimentellen Einrichtungen betrifft, im Speziellen. Die hier vorgestellten Gedanken zur Experimentiertechnik waren zur Steigerung der Effizienz bei der Messung maßgeblich. Im sechsten Kapitel wird die experimentell ermittelte Gitterdynamik im Vergleich mit der theoretischen Modellrechnung gezeigt. Obwohl das verwendete Born-von Kárman Modell vereinfachenden Annahmen zu Grunde legt, konnte das Modell erfolgreich an die Daten angepasst werden.<br />Überprüft und ergänzt wurden diese Experimente durch Messungen der Phononen-Zustandsdichte an polykristallinem NdAl2 sowie durch die Messung der Wärmekapazität. Der Gitteranteil in der spezifischen Wärme zeigt gute Übereinstimmung mit den errechneten Werten. Die Phononen-Zustandsdichte war auf Grund experimenteller Einschränkungen einerseits, sowie wegen überlagerter magnetischer Anregungen (siehe Diskussion S.203ff) andererseits, schwierig zu interpretieren.<br />Der Vergleich mit veröffentlichtem Datenmaterial schlussendlich (elastische Konstanten, CEF-Anregungen) zeigte ebenfalls Koinzidenz mit den gemessenen Daten, war aber auch dem Verständnis der Gitterdynamik sowie der Zustandsdichte zuträglich.<br />

The aim of this dissertation was the investigation of the lattice dynamics of NdAl2 by means of inelastic neutron scattering of a single crystal.<br />After a description of the structure of this cubic laves phase the generation of the single crystal using the Czochralski method ist described. This necessary preparatory work took a considerable part of the experimental activity.<br />In the third capture the examination of the performance as well as the (pre)orientation of the crystal is to be discussed. These testings, which could have been done with neutron scattering as well (for complementation this was done), were important with respect to the valuable and limited measuring time at the reactor.<br />The fourth capture, in which the essential theoretic basics of the delineation of the lattice dynamics are figured out, follows the discussion of neutron scattering in general and with respect to the used experimental techniques in detail. The here presented considerations played an applicable part in the increase of efficiency of the measurements.<br />In the sixth capture the experimental measured lattice dynamics in comparision with the theoretical model is shown. Although the used Born-von Kárman model is based on simplifying assumptions, the data could be successful fitted by the model.<br />The experiments where verified and complemented by measurements of the phonon density of states (PDOS) of polycrystalline NdAl2 as well as measurements of the heat capacity. The lattice part of the specific heat capacity showed good agreement with the calculated values. The phonon density of states was because of experimental constraints on the one hand and because of magnetic superpositions on the other hand (see discussion pp.203) difficult to discuss. The comparison with published data finally (elastic constants, CEF-excitations) also showed coincidence with the measured data and was also conducive to the comprehension of the density of states.<br />