DIFFUSIONSMECHANISMUS IN DER HEXAGONALEN

Diffusion in intermetallischen Verbindungen mit B8-Struktur (z.B. NiSb) wurde bereits mit Tracermethoden und Quasielastischer Neutronenstreuung (QNS) untersucht. In FeSb besetzen die Fe Atome die oktaedrischen interstitiellen Plätze des hcp-Gitters von Sb. Ein bestimmter Anteil besetzt die sogenannten DTI (double tetrahedral interstices) Plätze. Wegen der komplexen Struktur und den unaufgefüllten Untergittern kommen verschiedene Sprungmechanismen in Frage: (a) Sprünge zwischen freien Plätzen auf dem oktaedrischem Gitter; (b) Sprünge zwischen DTI-Plätzen; (c) Sprünge zwischen oktaedrischen und DTI-Plätzen in verschiedenen Kombinationen (Frohbergmodell). Von allen diesen Modellen erreichte der Sprungmechanismus (c) im Fall von NiSb (QNS) die beste Übereinstimmung mit dem Experiment. Die verwandten Systeme FeSb und NiSb sind ein faszinierendes Beispiel von zwei Systemen des selben Typs, die mit atomistischen Methoden untersucht wurden. Während NiSb mit QNS untersucht wurde, haben wir FeSb mit quasielastischer Mößbauerspektroskopie (QMS) untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen, daß die Fe Atome in FeSb auf eine ähnliche Weise springen wie die Ni Atome in NiSb. Obwohl die Sprungdiffusion von Fe in FeSb viel langsamer ist, als die von Ni in NiSb, könnte es sein, daß Sprünge zwischen leeren Gitterplätzen und interstitiellen Plätzen ein allgemeines Phänomen bei hcp-Strukturen sind.

Abstract

Diffusion in intermetallic structures of the B8-type (e.g., NiSb) was already investigated by tracer and microscopic methods like quasielastic neutron scattering (QNS). In FeSb most of the Fe atoms are supposed to occupy octahedral interstitial sites in the hcp lattice of the Sb atoms. A certain fraction of Fe atoms is supposed to occupy the so-called "double tetrahedral interstices". Due to complicated structure and incomplete sublattice occupations one can imagine various ways for the Fe atoms to jump: (a) jumps exclusively via the vacant sites in the Fe sublattice; (b) jumps almost exclusively between the interstitial sites; or (c) jumps back and forth between vacant and interstitial sites in various ways (jump model of Frohberg). Among these models which were conceivable for explaining the fast Ni diffusion in NiSb having the same structure as FeSb, the best agreement with the measured QNS data was found for the (c)-type jumps according to the Frohberg model. A comparison of the related systems FeSb and NiSb is an intriguing example of two systems of the same type both investigated with atomistic methods. While QNS was employed earlier for studying NiSb here we have investigated FeSb by quasielastic Mößbauer spectroscopy and nuclear resonant scattering. As follows from our measurements, the Fe atoms jump in FeSb in a similar way as the Ni atoms do in NiSb. In other words jumps between vacant and interstitial sites are apparently a general phenomenon in hcp-type structures, although Fe is much slower than Ni diffusion at the same temperature normalized to the melting point of both alloys.

Hexagonal B8 structure of FeSb

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