Zusammenfassung
Quasikristalle weisen neben ihrer faszinierenden Struktur, welche aperiodische langreichweitige Ordnung und konventionell verbotene Rotationssymmetrien verbindet, herausragende Oberflächeneigenschaften auf. Es ist von großem Interesse herauszufinden, ob Oberflächenphänomene, die in periodischen Kristallen zu beobachten sind, auch bei diesen neuen Materialien eine wichtige Rolle spielen. Dazu wurden Experimente an der zehnzähligen und den beiden inäquivalenten zweizähligen Oberflächen des dekagonalen Al-Ni-Co, sowie der fünfzähligen Oberfläche des ikosaedrischen Al-Pd-Mn durchgeführt. Mittels elastischer und inelastischer Helium Streuung, hochauflösender Elektronenbeugung (SPA-LEED) und Tieftemperatur Rastertunnelmikroskopie (STM) wurden Struktur, Morphologie und Dynamik (Phononen) der Oberflächen untersucht.
Es gelang, Oberflächen von extrem hoher struktureller Qualität zu präparieren, wie sie für Helium Streuung erforderlich sind. Sowohl Helium Streuung als auch Elektronenbeugung zeigen, dass die Oberflächen die vom Volumen extrapolierte Symmetrie aufweisen. Die Beugungsordnungen sind sehr scharf und ihre Lage im reziproken Raum skaliert mit τ, dem goldenen Schnitt. Die beobachteten Beugungsordnungen können mit Hilfe der reziproken Volumen Basisvektoren vollständig erklärt werden, was eine langreichweitige, quasikristalline Ordnung nachweist.
Helium Streuung an der zehnzähligen d-Al-Ni-Co Oberfläche zeigt eine mittlere Terrassenbreite von 100 Angstrom und eine Stufenhöhe von 2 Angstrom. Rastertunnelmikroskopie bestätigt diese Morphologie. Die Terrassen weisen eine Vielzahl von fünfzähligen Motiven auf, sind von rauhen Stufen begrenzt und besitzen eine quasikristalline, langreichweitige Ordnung. In Übereinstimmung mit dem Strukturmodell des Volumens konnte ein großflächiges, rhombisches Tiling identifiziert werden.
Die zweizähligen Oberflächen des d-Al-Ni-Co zeigen eine 8 Angstrom Periodizität und zusätzlich eine schwache 16 Angstrom Periodizität. Die zweizählige (001¯10) Fläche zeigt (10000) äquivalente Facetten, deren Ausbildung durch die niedrigere Oberflächenenergie der (10000) Fläche im Vergleich zur geschnittenen (001¯10) Fläche begünstigt wird.
Des weiteren werden die ersten Ergebnisse von Oberflächenphononen in Quasikristallen präsentiert. Die zehnzählige d-Al-Ni-Co und fünfzählige i-Al-Pd-Mn Fläche besitzen wohl definierte Rayleighmoden mit einer isotropen Schallgeschwindigkeit von 3750 m/s bzw. 3250 m/s. Die beobachteten Schallgeschwindigkeiten stimmen mit berechneten Werten auf Basis von Volumendaten überein.
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