Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 1997
Programm und Abstracts der Sitzung DY 9

•Jürgen Horbach, Walter Kob und Kurt Binder
Institut für Physik, Staudingerweg 7, Johannes Gutenberg-Universität, D-55099 Mainz

Mit Hilfe einer Molekular-Dynamik-Simulation untersuchen wir die statischen    und    dynamischen    Eigenschaften einer unterkühlten SiO₂-Schmelze. Neben den partiellen Strukturfaktoren und deren Vergleich mit experimentellen Ergebnissen stellen wir die Temperaturabhängigkeit der Diffusionskonstanten und der intermediären Streufunktion F(q,t) vor. Wir zeigen, daß F(q,t) dem Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzip gehorcht, und gehen auf die Wellenvektorabhängigkeit des Nichtergodizitätsparameters ein. Ferner zeigt F(q,t) bei tiefen Temperaturen bei zirka 0.2  ps einen Unterschwinger, der wahrscheinlich im Zusammenhang mit dem Bosonenpeak steht.

•Tobias Gleim, Walter Kob und Kurt Binder
Institut für Physik, Johannes Gutenberg Universität, D-55099 Mainz

Wir untersuchen das Relaxationsverhalten einer unterkühlten binären Lennard-Jones Flüssigkeit, deren Dynamik sowohl deterministische als auch stochastische Anteile hat. Wir zeigen, daß mit dieser Art der Dynamik das System um mehr als eine Größenordnung langsamer relaxiert als mit einer Newton'schen Dynamik. Im Einklang mit der Vorhersage der Moden-Kopplungstheorie zeigen bei tiefen Temperaturen die Diffusionskonstanten und die a-Relaxationszeiten der intermediären Streufunktion ein Potenzgesetz mit einem Exponenten, der unabhängig von der Messgröße ist. Bei tiefen Temperaturen gehorcht die intermediären Streufunktion dem Zeit-Temperatur-Superpositionsprinzip. Im Zeitbereich der b-Relaxation finden wir, daß die Korrelationsfunktionen gut durch den von der Moden-Kopplungstheorie vorgeschlagenen b-Korrelator gefittet werden können.

•H. R. Schober¹, C. Gaukel¹ und C. Oligschleger^2
1Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich, 52425 Jülich
²Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen, GMD-Forschungszentrum Informationstechnik, 53754 St. Augustin

Wir haben mit Molekulardynamik Gläser aus drei verschiedenen Materialklassen untersucht. Als Prototyp eines einfachen Modelglases wählten wir ein Glas aus weichen Kugeln, die mit einem rein repulsiven 1/R⁶-Potential wechselwirken. Diese Form entspricht in etwa den Alkalimetallen. Die kubisch flächen- und raumzentrierten kristallinen Phasen liegen, anders als im häufig untersuchten 1/R¹² Glas energetisch eng benachbart. Als realistisches einatomares Glas untersuchten wir Se, dessen kovalente Bindung durch ein Dreikörperpotential simuliert wird. Als Vertreter eines binären Metallglases wurde Cu₃₃Zr₆₇ untersucht. Als Wechselwirkung dient hier eine modifizierte Form des ``embedded atom'' Potential. In allen drei Gläsern wurden die weichen (quasi)-lokalen Schwingungen und die lokalen Relaxationen berechnet. Wir bestimmen, die für das Experiment wichtigen Strukturfaktoren. Die lokalen Moden führen zu einer Abweichung vom normalen Gaussverhalten der mittleren thermischen Verschiebungsquarate, die experimentell beobachtet wird.

•Christoph Gaukel und Herbert R. Schober
Institut für Festkörperforschung, Forschungszentrum Jülich, 52425 Jülich

Mittels Molecular Dynamics Simulationen werden unterkühlte Schmelzen und Gläser des binären metallischen Systems Zr-Cu untersucht. Es werden die dynamischen Strukturfaktoren, die auch mit der Methode der Neutronenstreuung zugänglich sind, bestimmt und analysiert. Die Diffusion in der unterkühlten Schmelze wird temperaturabhängig simuliert, mit gängigen Modellen und empirischen Ansätzen verglichen und auf ihre Mechanismen hin untersucht. Die bei hohen Temperaturen gaußische Verteilung der atomaren Verschiebung zeigt in der stark unterkühlten Flüssigkeit deutliche Strukturen. Die Atome mit der größten Beweglichkeit bilden kettenartige Strukturen. Im Glas werden einzelne Relaxationen analysiert und mit den Diffusionsprozessen bei höheren Temperaturen verglichen.

•T. Franosch, W. Götze, M.R. Mayr und A.P. Singh
Institut für Theoretische Physik, Physik Department, Technische Universität München, James-Franck-Strasse, D-85747 Garching

Depolarisierte Lichtstreuung am nichtfragilen Glasbildner Glyzerin zeigt am unteren Ende des Raman-Bandes einen ausgeprägten Bosonpeak [1]. Dieser tiefliegende oszillatorische Beitrag beeinflußt das Spektrum bis zu 400 GHz hinunter. Der Übergang von Oszillation zu Relaxation wird mit Hilfe eines schematischen Modells im Rahmen der Modenkopplungstheorie quantitativ erklärt. Die Möglichkeit eines Vergleichs mit Skalengesetzen wird diskutiert.

[1] J. Wuttke, J. Hernandez, G. Li, G. Coddens, H.Z. Cummins, F. Fujara, W. Petry, and H. Sillescu, Phys. Rev. Lett. 72, 3052 (1994)

T. Franosch, M. Fuchs, W. Götze, •M.R. Mayr und A.P. Singh
Institut für Theoretische Physik, Physik Department, Technische Universität München, James-Franck-Strasse, D-85747 Garching

Abweichung vom b-Skalengesetz der Modenkopplungstheorie werden am Beispiel eines Hartkugelmodells kritisch diskutiert. Dazu setzen wir die zum b-Skalengesetz führende asymptotische Entwicklung systematisch fort und zeigen, daß die führende Korrektur den Bereich quantitativer Gültigkeit der asymptotischen Gesetze in Regionen ausweitet, in denen die erste Ordnung - das b-Skalengesetz - nur noch qualitativ gültig ist. Dadurch können u.a. die qualitativ unterschiedlichen Abweichungen vom Skalenverhalten bei Korrelatoren mit verschiedenem Wellenvektor sowie die unterschiedlichen Gültigkeitsbereiche des Skalengesetzes im Zeit- und Frequenzraum erklärt werden.

•C. Hansen, F.J. Stickel, T. Berger, R. Richert und E.W. Fischer
MPI für Polymerforschung, Ackermannweg 10, 55128 Mainz

Dielektrische Messungen an 1-Propanol im Bereich von 10^-2Hz bis 2·10¹⁰Hz und im Temperaturbereich von 65K bis 350K zeigen verschiedene dielektrisch aktive Prozesse. Ein bei tiefen Temperaturen gefundener arrheniusaktivierter Prozeß kann als b-Prozeß vom Johari-Goldstein-Typ identifiziert werden werden, wenn man den starken Debye-artigen Hauptprozeß von 1-Propanol einer OH-Gruppen spezifischen Zusatzrelaxation, und den höherfrequenten sogenannten a¢-Prozeß [1] der eigentlichen Strukturrelaxation zuordnet. Die sich so ergebende Bifurkationstemperatur T_b von Johari-Prozeß und Strukturrelaxation stimmt überein mit der charakteristischen Temperatur T_B [2], an der ein Wechsel der Dynamik der Strukturrelaxation stattfindet.
Dieses Szenario ist identisch mit dem der aprotischen Flüssigkeit o-Terphenyl, bei dem auch eine Koinzidenz von T_b und T_B festgestellt werden kann.

[1] R.H.Cole, D.W.Davidson, J. Chem. Phys. 20, 1389 (1952)

[2] F. Stickel, E.W.Fischer and R. Richert, J. Chem. Phys. 104, 2043 (1996)

•A. Pimenov¹, P. Lunkenheimer¹, R. Böhmer² und A. Loidl^1
1Experimentalphysik V, Universität Augsburg, 86135 Augsburg
²Institut für Physikalische Chemie, Johannes Gutenberg-Universität, 55099 Mainz

3RbNO₃-2Ca(NO₃)₂ (CRN) ist eine ionenleitende Glasschmelze, die leicht unterkühlt werden kann. Verschiedene Relaxationsprozesse in flüssigen und glasförmigen CRN Mischungen wurden untersucht und miteinander verglichen. Drei unterschiedliche Meßmethoden wurden benutzt: differential scanning calorimetry (DSC), ein Temperatur-Stufen Experiment und die Messung der ionischen Leitfähigkeit. Die ersten beiden Meßmethoden detektieren die strukturelle (primäre) Relaxation. Die Ergebnisse können mit Hilfe des Narayanaswami-Moynihan Formalismus gut beschrieben werden. Im Rahmen dieses Formalismus wurden einige einfache Gleichungen zur Beschreibung des Experiments mit einer konstanten Kühlrate hergeleitet. Die Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeitsrelaxation wurde im Rahmen des Konzepts des kooperativen Hüpfens analysiert. Die Koordinationszahl, die aus dieser Analyse hergeleitet wurde, zeigt eine Anomalie bei einer charakteristischen Temperatur oberhalb der Glastemperatur.

•G. Hinze, R. Böhmer und H. Sillescu
Inst. für Physikalische Chemie, Universität Mainz

Bis auf einen intramolekularen Freiheitsgrad, der schnellen Methylgruppenrotation, kann Toluol als starr angenommen werden. Damit scheint das Molekül mit seiner sehr einfachen Struktur ein ideales Modellsystem eines niedermolekularen van der Waals Glasbildners zu sein.

Mittels ²H-NMR Untersuchungen wurde die Rotationsdynamik von Toluol kurz oberhalb der kalorischen Glastemperatur T_g = 117.5K untersucht. Stimulierte Echomethoden erlauben einen Hinweis auf die Geometrie des zugrundeliegenden molekularen Reorientierungsprozesses. Die dabei gemessenen Rotationskorrelationsfunktionen sind stark nichtexponentiell. Anhand von weitergehenden stimulierten Vier-Zeiten-Echos wird eine Heterogenität der Strukturrelaxation gefunden, wie sie auch von o-Terphenyl her bekannt ist.

•Thorsten Emig und Thomas Nattermann
Institut für Theoretische Physik, Universität zu Köln, Zülpicherstraße 77, D-50937 Köln

Punktförmige Verunreinigungen in Ladungsdichtewellen führen auf großen Längenskalen lediglich zu einem logarithmischen Anwachsen der Rauhigkeit [1]. Thermische Fluktuationen sind in dieser glasartigen Phase irrelevant. Zusätzlich kommt es zu einer konkurrierenden Wechselwirkung mit dem zugrundeliegenden Kristallgitter, welches als periodisches Potential für die Phase der Ladungsdichtewelle wirkt [2]. In der Nähe kommensurabler Periodizitäten kann das System durch ein Sinus-Gordon-Modell mit Unordnung beschrieben werden. Mittels einer RG-Rechnung wird gezeigt, daß ein Phasenübergang zwischen einer rauhen Phase und einer flachen Phase auftritt. In der geordneten, flachen Phase ist die Phase der Ladungsdichtewelle an die Periodizität des Kristalls angepaßt. Die Lage des Phasenübergangs hängt vom Maß der Verunreinigung, von der Stärke des Kristall-Potentials und dem Grad der Kommensurabilität ab. Die Resultate können auch auf ein Flußliniengitter im periodischen Potential der CuO₂-Schichten von Hoch-T_c Supraleitern übertragen werden.

[1] T. Nattermann, Phys. Rev. Lett. 64(20), 2454 (1990).

[2] G. Grüner, Density Waves in Solids (Addison-Wesley, Reading) 1994.

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Zuletzt geändert am 21.08.1998

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