Strukturuntersuchung von ikosaedrischen Quasikristallen und deren Approximanten aus dem ternären System Zn-Mg-(Y,Er)

Das Ziel des Vorhabens war, durch eine konsequente Anwendung von Realstruktur- und HRTEM-Bildkontrastsimulation Methoden zur Strukturbestimmung von ikosaedrischen Quasikristallen mittels hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie zu entwickeln. Dazu wurden ikosaedrisch quasikristalline Verbindungen aus dem ternären System Zn-Mg-Y und Zn-Mg-Er mit HRTEM und Elektronenbeugung untersucht, insbesondere die Abhängigkeit ihrer Strukturen von Y- und Er-Gehalt. Bei den Synthesen von Quasikristallen entstehen auch kristalline Phasen. Die Kenntnis der Strukturen dieser Phasen kann bei der Entwicklung von Strukturmodellen für die Quasikristalle hilfreich sein. Deswegen wurde die Struktur einer hexagonalen Phase (A-Phase) im System Zn-Mg-Y bestimmt. Die Struktur eines kubischen Approximanten (R-Phase)im System Zn-Mg-Er wurde ebenfalls durch eine Kombination von hochauflösender Elektronenmikroskopie und Röntgen- diffraktommetrie gelöst. Die kubische R-Phase kristallisiert in der Raumgruppe F-43m mit der Gitterkonstante a=20.20 Å. Bei der kubischen R-Phase handelt es sich um eine metastabile Phase, die sich zu einer rhomboedrischen Phase ordnet. Die rhomboedrische Phase (M-Phase) kann als eine geordnete Überstruktur der kubischen Phase angesehen werden. Die rhomboedrische M-Phase kristallisiert in der Raumgruppe R3m mit den Gitterkonstnten a=b=14.28 Å und c=69.97 Å.

The aim of the project was to extend the multi slice method for HRTEM image simulation to the field of icosahedral quasicrystals. Icosahedral quasicrystalline compounds of the ternary system Zn-Mg-Y and Zn-Mg-Er were characterized by high resolution transmission electron microscopy end electron diffraction. The investigation was focused of features in direct and reciprocal space on the Y- and Er-composition. The quasicrystalline material is usually accompanied by crystalline phases. The knowledge of the structures of these phases may be helpful when structural models for the icosahedral phases are to be developed. Therefore the structure of a hexagonal phase (A-phase) in the the Zn-Mg-Y system was determined. The crystal structure of a cubic approximant in the Zn-Mg-Er system has been solved by a combination of high resolution electron microscopy and x-ray powder diffraction. The cubic R-phase crystallizes in the space group F-43m with a lattice constant of a=20.20 Å. The cubic R-phase is found to be a metastable phase, which is ordered to a rhombohedral phase. Thus, the rhombohedral phase (M-phase) can be considered as a superlattice ordered phase of the present cubic phase. The rhombohedral M-phase crystallizes in the space group R3m with lattice constants of a=b=14.28 Å and c=69.97 Å.