Binäre Aluminium-Übergangsmetall-Legierungen
Im Gegensatz zu einfachen amorphen Systemen, bei denen im Wesentlichen nur s- und p-Elektronen an der Fermi-Kante eine Rolle spielen, werden die Eigenschaften der Aluminium-Übergangsmetall-Legierungen (Al-ÜM) auch wesentlich von den d-Zuständen des Übergangsmetalls geprägt. Die Auswirkungen der d-Zustände bei der Beschreibung im Hume-Rothery-Bild ist seit Jahrzehnten Gegenstand vieler Untersuchungen. Bereits in ternären Al-ÜM-Systemen, die durch Tempern der amorphen Vorstufe quasikristallin werden, wurde dem Effekt der Hybridisierung zwischen Al-p- und ÜM-d-Zuständen große Bedeutung zugeschrieben. Die Reduzierung auf binäre Systeme konnte diesen Einfluss bestätigen. Durch Hybridisierung werden die p-Zustände stärker lokalisiert, wodurch sie nicht mehr zu den Leitungselektronen gezählt werden dürfen. Dies verursacht eine Abnahme des Durchmessers der Fermikugel, in einer vereinfachten Darstellung beschrieben als eine Füllung der ÜM-3d-Zustände mit den Al-3p-Elektronen. Als kooperativer Effekt zwischen den Elektronen des Fermikörpers und der statischen Struktur erfolgt diese Abnahme nun gerade so, dass die Resonanzbedingung über einen großen Zusammensetzungsbereich hinweg exakt erfüllt werden kann. Dies führt zu hohen elektrischen Widerständen und hoher thermischer Stabilität im ganzen Bereich.
Da die Zahl freier d-Zustände abhängig vom Übergangsmetall ist, wird eine vollständige Füllung bei unterschiedlichen Zusammensetzungen erwartet, was im Experiment tatsächlich durch Maxima der Stabilität und des spezifischen Widerstandes bei unterschiedlichem ÜM-Anteil unterstützt wird. Die Füllung kann bei der Berechnung des Durchmessers der Fermikugel durch eine effektive Valenz des Übergangsmetalls ausgedrückt werden, die konzentrationsabhängig auch negative Werte annehmen kann (Abb. 1). Ob die Füllung tatsächlich mit einem Ladungstransfer von Al zum ÜM verbunden ist wird zur Zeit mit Hilfe der sogenannten white-lines im Elektronen-Energie-Verlust-Spektrum (EELS) untersucht.
Eine weitere interessante Eigenschaft dieser Systeme wurde bereits jetzt mit Hilfe von EELS Untersuchungen gefunden. Dabei hat sich gezeigt, dass die ÜM in der Plasmaresonanz mit einer Valenz von 5 Elektronen/Atom berücksichtigt werden müssen, unabhängig von der Zahl der vorhandenen d-Elektronen.
Die Untersuchungen der Al-ÜM-Systeme mit dem ÜM Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni und Cu ist im Wesentlichen abgeschlossen. Zur Zeit wird a-Al-Sc untersucht und es ist geplant die Untersuchungen auf a-Al-SE-Systeme (SE: seltene Erden) auszudehnen.
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