science >> Wetenschap >  >> Fysica

Enantiomorph-distributiekaarten voor metalen en metaallegeringen

Equivalente fragmenten van de kristalstructuren van β-Mn enantiomorfen. De schroefachtige opstellingen worden gevormd door mangaanatomen op verschillende Wyckoff-posities (kleurgecodeerd). Krediet:MPI CPfS

Links- of rechtshandigheid is een symmetrie-eigenschap die veel macroscopische objecten ook vertonen en die van enorm belang is, in het bijzonder voor de bioactiviteit van organische moleculen. Chiraliteit is ook relevant voor fysische of chemische eigenschappen zoals optische activiteit of enantioselectiviteit van kristallijne vaste stoffen of hun oppervlakken. In het geval van chirale metaalfasen, onconventionele supergeleiding en ongebruikelijke magnetische geordende toestanden zijn gekoppeld aan de chiraliteit van de onderliggende kristalstructuur. Ondanks dit verband tussen chiraliteit en de eigenschappen van een materiaal, detectie is vaak moeilijk omdat linkshandige en rechtshandige structurele varianten elkaar kunnen opheffen of op zijn minst het chiraliteitseffect kunnen verzwakken.

Het is niet altijd mogelijk om chirale materialen te bereiden die slechts één van de twee structurele varianten bevatten. Vaker, beide structurele varianten zijn aanwezig in een polykristallijn materiaal. Voor systematische onderzoeken, het is daarom belangrijk om de handigheid te kunnen bepalen met een goede ruimtelijke resolutie.

In een nieuwe studie, het is aangetoond dat de EBSD-methode (Electron Backscatter Diffraction) kan worden gebruikt om de verdeling van enantiomorfe structurele varianten te bepalen, niet alleen in polykristallijne materialen van fasen met meerdere componenten, maar ook voor de chirale elementaire structuur β-Mn. Het verschil tussen kristalstructuren met meerdere componenten en de elementaire structuur is daarom van bijzonder belang, sinds de röntgendiffractiemethode, die meestal wordt gebruikt om handigheid te bepalen, geeft geen informatie over de handigheid van een chirale elementaire structuur zoals β-Mn.

Enantiomorfe distributiekaart van links- (rood) en rechtshandig (blauw) korrels van β-Mn in een polykristallijn materiaal. De kaart is een overlay op een optische helderveldmicrofoto van een gemonteerd en metallografisch geprepareerd mangaanmonster (kleine cirkel:? =500 m). Krediet:MPI CPfS

EBSD is een gevestigde methode om de lokale kristaloriëntatie in een polykristallijn materiaal te bepalen door middel van Kikuchi-lijnen. Het EBSD-onderzoek wordt uitgevoerd met een scanning elektronenmicroscoop. Het is dus een relatief eenvoudige methode om de lokale kristallografische eigenschappen van een polykristallijn materiaal te bepalen. De Kikuchi-lijnen worden gevormd door diffractie van de elektronen op een sterk gekantelde, vlak oppervlak. Echter, conventionele methoden voor het evalueren van het EBSD-patroon laten geen enkele conclusie toe over de handigheid van een fase. Alleen de overweging van dynamische meervoudige verstrooiing van elektronen in de simulatieberekeningen levert verschillen op in de Kikuchi-lijnen van de twee enantiomorfen. Een toewijzing van de handigheid wordt gemaakt op basis van de beste overeenkomst van het experimentele EBSD-patroon met een van de twee gesimuleerde patronen.

Deze onderzoeken werden uitgevoerd op de fasen β-Mn en de structureel nauw verwante multicomponentverbinding Pt2Cu3B. De verdeling van enantiomorfen werd bepaald aan de hand van het EBSD-patroon voor beide fasen, terwijl de röntgendiffractie op de met Xenon-FIB (Focused ion beam) geslepen kristallen een toewijzing voor alleen de ternaire fase mogelijk maakte. De op EBSD gebaseerde bepaling van de verdeling van de enantiomorfen in een polykristallijn materiaal vereenvoudigt de bereiding van materialen met gedefinieerde handigheid aanzienlijk.