Ergebnisse

Dieses Kapitel enthält die verschiedenen Spektren der gemessenen Proben. Es wurde sowohl die Methode der Rückstreuung, der Transmission als auch kernresonante Synchrotronstreuung angewendet. Der Mittelpunkt des Interesses waren zwar Einkristallproben, da diese die Information über atomare Diffusionsmechanismen liefern können, trotzdem werden in dieser Arbeit auch eine ältere Messung von R.Feldwisch und zwei neue Pulvermessungen vorgestellt. Die Reihenfolge der einzelnen Meßreihen ist durch die Untersuchungsmethode gegeben. Da auch verschiedene Versuchsanordnungen verwendet wurden, befindet sich aus Gründen der Übersichtlichkeit vor jeder Meßreihe eine Tabelle, die den Versuchsaufbau kurz beschreibt. Der Kapitelname (z.B. Einkristall_1) ist gleichzeitig der Name der Probe, der später im Kapitel "Diskussion und Interpretation der Ergebnisse" sowohl im Text als auch in den Legenden der Abbildungen verwendet wird. Die Spektren sind nach der Meßtemperatur geordnet. Am Ende jeder Serie befindet sich jeweils ein Raumtemperaturspektrum, das am Ende der Meßreihe gemessen wurde.

Meßvorgang

Obwohl verschiedene Methoden und Versuchsanordnungen verwendet wurden, war der Versuchsablauf für alle Messungen im großen und ganzen identisch. Vor dem Aufheizen wurde der Ofen so gut wie möglich ausgepumpt. Mit Hilfe einer Fe-Folie wurde die Temperatur des Ofens geeicht. Das Raumtemperaturspektrum lieferte die Geschwindigkeitskalibration für den Mößbauerantrieb. Wenn in Argonatmosphäre gemessen wurde, wurde der Ofen vor dem Beginn der Meßreihe mehrmals (4x) mit Argon durchgespült werden. Anschließend wurde durch eine Gleichstromheizung die Temperatur auf den gewünschten Betrag erhöht und die Probe in die gewünschte Orientierung gedreht. Aufgrund von Simulation der Winkelabhängigkeit der Linienbreite wurde in der Ebene F =30° in drei verschieden Positionen ( Q =0°,12°,23°) gemessen (Abbildung 25). Wegen der Verdampfung des Sb von der Probe wurde der Ofen nach maximal 2-3 Hochtemperaturmessungen abgekühlt, um eventuelle Schäden an der Probe festzustellen.

Abbildung 25 : Drei verschiedene Meßorientierungen

6.1. Streumessungen

Die Streumessungen konnten nur bei Raumtemperaturen durchgeführt werden (Abbildung 26), da bei höherer Temperatur der Effekt (Baseline/Amplitude-Baseline) zu niedrig war. Eine ausführlichere Beschreibung der Linienform befindet sich im Kapitel "Diskussion und Interpretation der Ergebnisse".

6.2. Transmissionsmessungen

6.2.1. Verdampfen von Sb

Ofen	Transmissionsofen
Ar-Durchfluß	Nein
Sauerstoffilter	Nein
Kollimator	Tantal
Probendicke	100 m m
Orientierung	Oberfläche normal zur c-Achse
Vakuum	~ 10 ^-5 mbar
Probenhalter	BN
Pulver im Probenhalter	BN

Abbildung 26 : Das Raumtemperaturspektrum von FeSb in Streugeometrie weist eine Asymmetrie auf.

Es wurden Temperaturmessungen von 120°C bis 850°C durchgeführt. Bereits bei 120°C erweist sich der Probenhalter als undicht und Sb verdampft. Dadurch entsteht ein Spektrum, das aus einem Sextett und einem Dublett besteht. Das Sextett wird von Atomen gebildet, die als Nachbarn nur Fe Atome haben. Das Dublett wird verursacht durch noch intakte Bereiche mit NiAs-Struktur. Mit steigender Meßdauer und Temperatur verdampft immer mehr Sb, bis schließlich die gesamte Probe nur noch aus Fe besteht. Die Parameter des Raumtemperaturspektrums stimmen mit denen einer reinen Fe-Folie überein. Die folgende Tabelle beschreibt die Mößbauerparameter der Spektren:

	Isomeriever schiebung [mms ^-1 ]	IS Fehler [mms ^-1 ]	Quadrupolauf spaltung (constant) [mms ^-1 ]	Linienbreite [mms ^-1 ]	Fehler der Lininbreite [mms ^-1 ]	Hyperfeinfeld [kG]	Fehler des Feldes [kG]
RT	2.8286E-01	9.8575E-03	1.4200E-01	5.0650E-01	3.5531E-02	-	-
120	1.8306E-01	8.4730E-03	1.4200E-01	4.8278E-01	3.1709E-02	-	-
120	1.2626E-01	1.0723E-02	-	3 .4772E-01	4.2069E-02	3.1635E+02	4.3035E+00
400	-3.2223E-01	1.0434E-02	-	3.1577E-01	2.7628E-02	2.9260E+02	1.4079E+00
400	3.8170E-03	9.4012E-03	1.4200E-01	4.3454E-01	3.4120E-02	-	-
600	-4.4091E-01	7.2397E-03	-	3.1188E-01	2.7718E-02	2.4787E+02	9.7629E-01
600	-3.2175E-01	1.1195E-02	1.4200E-01	5.5454E-01	4.0844E-02	-	-
700	-5.3518E-01	1.2216E-02	-	4.3280E-01	5.1165E-02	2.0760E+02	1.2906E+00
700	-1.8060E-01	1.3314E-02	1.4200E-01	3.6038E-01	4.5067E-02	-	-
800	-6.0355E-01	7.2075E-03	-	4.0956E-01	2.2924E-02	1.0874E+02	5.0488E-01
800	-2.7786E-01	1.9146E-02	1.4200E-01	3.2013E-01	6.0409E-02	-	-
850	-6.5417E-01	4.0843E-03	-	3.8182E-01	1.3039E-02	-	-
RT2	1.7839E-03	7.4598E-02	-	2.7594E-01	1.7351E-02	3.2898E+02	1.8204E+00

Abbildung 27 : Transmissionsspektren von FeSb. Während dieser Meßreihe kam es zur Verdampfung von Sb, sodaß die Mößbauerparameter des lezten Raumtemperaturspektrums mit denen einer Fe-Folie übereinstimmen.

6.2.2. Reaktion mit BeO

Ofen	Transmissionsofen
Ar-Durchfluß	Nein
Sauerstoffilter	Nein
Kollimator	Tantal
Dicke	100 m m
Orientierung	Oberfläche normal zur c-Achse
Vakuum	~ 10 ^-5 mbar
Probenhalter	BeO
Pulver im Probenhalter	BN

Abbildung 28 : Transmissionsspektren von FeSb. Während dieser Meßreihe kam es wahrscheinlich zu einer Reaktion mit BeO wodurch zusätzliche Absorptionslinien entstanden sind.

Bei dieser Meßreihe kam es wahrscheinlich zu einer Reaktion mit Be-Oxid. Das Spektrum bei 800°C ist noch symmetrisch. Die Linienbreite sinkt relativ zu der Raumtemperaturmessung, da der Debye-Waller-Faktor sinkt, wodurch die Probe für die resonante Strahlung dünner erscheint. Die Quadrupolaufspaltung ist angestiegen, was ein Anzeichen für eine neue Komponente in der Nähe des Dubletts sein kann.

Bei 830°C ist diese neue Komponente sichtbar. Sie ist mit einem Singulett mit der Isomerieverschiebung IS=0.42 mm/s gefittet. Aufgrund dieser neuen Komponente wurde die Meßreihe abgebrochen und abschließend ein Raumtemperaturspektrum aufgenommen. Dieses bestätigt den Verdacht, daß die Probe ihre ursprüngliche Struktur verloren hat. Zusätzlich zum bekannten Dublett konnte ein weiteres Dublett und ein Singulett gefittet werden. Die Parameter der einzelnen Linien der Meßreihe sind in folgender Tabelle zusammengefaßt.

RT	Isomeriever schiebung [mms ^-1 ]	IS Fehler [mms ^-1 ]	Quadrupolauf spaltung (constant) [mms ^-1 ]	Fehler der Quadrupolaufspaltung [mms ^-1 ]	Linienbreite [mms ^-1 ]	Fehler der Linienbreite [mms ^-1 ]
RT	2.8692E-01	1.6181E-02	1.2483E-01	4.1380E-02	6.0995E-01	1.0028E-01
800°C	-2.1008E-01	9.1769E-03	1.5984E-01	9.9781E-03	4.7437E-01	3.7090E-02
800°C	-2.6914E-01	1.8459E-02	1.3947E-01	1.4119E-02	4.1774E-01	6.2422E-02
830°C	4.2448E-01	3.4613E-02			6.7235E-01	1.0554E-01
830°C	2.2247E-01	7.3411E-03	1.7609E-01	6.8157E-03	5.1634E-01	1.3293E-02
RT	1.0166E+00	1.2867E-02	9.9865E-01	1.2778E-02	3.9982E-01	2.0213E-02
RT	1.0132E+00	6.2009E-03			7.5859E-01	2.1504E-02

6.2.3. Einkristall_1

Abbildung 29 : Transmissionspektren der Probe Einkristall_1. Meßreihe erfolgte im Temperaturintervall 25 °C bis 850°C.

Abbildung 30 : Temperaturabhängigkeit der Isomerieverschiebung und der Linienebreite der Probe Einkristall_1

6.2.4 Einkristall_2

Ofen	Transmissionsofen
Ar-Durchfluß	Ja
Sauerstoffilter	Ja
Kollimator	Ni
Dicke	80 m m
Orientierung	Oberfläche normal zur c-Achse
Atmosphäre	1-2 bar Ar
Probenhalter	BN
Pulver im Probenhalter	BN

Abbildung 31 : Transmissionsspektren der Probe Einkristall_2. Meßreihe im Temperaturintervall 25 °C bis 850 °C

6.2.5. Einkristall_3

Ofen	großer Transmissionsofen
Ar-Durchfluß	Ja
Sauerstoffilter	Ja
Kollimator	Ta
Dicke	60 m m
Orientierung	Oberfläche normal zur c-Achse
Atmosphäre	1-2 bar Ar
Probenhalter	BeO
Pulver im Probenhalter	Nein

Abbildung 32 : Transmissionsspektren der Probe Einkristall_3. Meßreihe im Temperaturintervall 25 °C bis 900 °C

6.2.6. Pulver_1

Ofen	Transmissionsofen
Ar-Durchfluß	Ja
Sauerstoffilter	Ja
Kollimator	Nein
Vakuum	1-2 bar Argon
Probenhalter	BN
Pulver im Probenhalter	Nein

Abbildung 33 : Transmissionsspektren der Probe Pulver_1. Meßreihe erfolgte im Temperaturintervall 25°C bis 810 °C. Während dieser Meßreihe kam es zur Bildung einer zusätzlichen Linie, die durch die Fitprozedur von dem FeSb Spektrum getrennt werden konnte.

Es wurden Transmissionsmessungen bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 810°C durchgeführt. Bei den chronologisch drei letzten Messungen kam es zur Bildung eines zusätzlichen Singuletts. Dieses kann beim Fitten isoliert werden, so daß die gefittete Isomerieverschiebung wie üblich mit steigender Temperatur linear abfällt. Die Mößbauerparameter des FeSb-Dubletts stimmen auch mit den in anderen Meßreihen gemessenen Werten überein.

Abbildung 34 : Temperaturabhängigkeit der Linienbreite und der Isomerieverschiebung von Pulver_1

6.2.7. Pulver_2

Ofen	Großer Transmissionsofen
Ar-Durchfluß	Nein
Sauerstoffilter	Nein
Kollimator	Ta (9mm Durchmesser)
Vakuum	<10 ^-7 mbar
Probenhalter	BeO
Pulver im Probenhalter	BN

Abbildung 35 : Transmissionsspektren der Probe Pulver_2. Meßreihe im Temperaturintervall 25 °C bis 835 °C

Abbildung 36 : Fortsetzung der Meßreihe von Abbildung 35

Abbildung 37 : Temperaturabhängigkeit der Linienbreite und Isomerieverschiebung von Pulver_2

6.2.8. Pulver_3

Ofen	Transmissionsofen
Ar-Durchfluß	Ja
Sauerstoffilter	Ja
Kollimator	Nein
Vakuum	1-2 bar Argon
Probenhalter	BN
Pulver im Probenhalter	Nein

Abbildung 38 : Transmissionsspektren der Probe Pulver_3. Meßreihe erfolgte im Temperaturintervall 25 °C bis 800 °C

Abbildung 39 : Temperaturabhängigkeit der Linienbreite und Isomerieverschiebung von Pulver_3

6.3. Synchrotronmessungen

Am Synchrotron (ESRF, Grenoble, Frankreich; Beamline ID22) wurden sowohl eine Transmissionsmessung als auch Messungen im Braggreflex durchgeführt.

6.3.1. Transmissionsmessung mit Synchrotron

Wegen den geringen Ausmaßen des Synchrotronstrahls und seiner hohen Intensität können auch kleine Proben untersucht werden. So ist es gelungen eine 40 m m dicke Probe herzustellen, die für eine Messung mit einer konventionellen Mößbauerquelle zu klein ist. Mit Hilfe des Synchrotrons war ihre Untersuchung trotzdem möglich.

Gemessen wurden Spektren bis 1030K. Bei dieser Temperatur wurde eine Winkelabhängigkeit des exponentiellen Abfalls gemessen, indem die Probe 12° gedreht wurde. Aus der Änderung des Abfalls kann auf die Änderung der Linienbreite geschlossen werden. Ein stärkerer Abfall entspricht einer größeren Linienbreite. Die Theorie der kernresonanten Synchrotronstreuung wird ausführlicher in den Arbeiten [Smirnov95] und [Sepiol96] behandelt. Für diese Arbeit ist wichtig, daß in Richtung der c-Achse ( Q =0°) ein stärker Abfall gemessen wurde (d.h. größere Linienbreite) als nach der Drehung um 12° ( Q =12°) (Abbildung 40).

Ofen	Transmissionsofen
Ar-Durchfluß	Nein
Sauerstoffilter	Nein
Probendicke	40 m m
Orientierung	Oberfläche normal zur c-Achse
Probenhalter	BN
Pulver im Probenhalter	BN

Abbildung 40 : Kernresonnante Vorwärtsstreuung an FeSb mit der Dicke 40 m m im Temperaturbereich 25°C-760°C. Der Einkristall mit [001] zum Synchrotronstrahl orientiert ( Q =0°) und wird später 12° gedreht.

6.3.2. Braggreflexmessungen mit Synchrotron

Ofen	Streuofen
Ar-Durchfluß	Nein
Sauerstoffilter	Nein
Kollimator	keiner
Orientierung	Oberfläche normal zur c-Achse
Vakuum	~ 10 ^-5 mbar
Probenhalter	BN-Kapsel
Pulver im Probenhalter	Nein

Abbildung 41 : Kernresonnante Braggstreuung an FeSb bei 560 °C in den Braggreflexen <004><002>.

Wie im Falle des Streuexperiments mit konventioneller Mößbauerquelle ist es nicht gelungen, Hochtemperaturspektren in Braggreflexen (<002> und <004>) der FeSb Probe zu messen. Trotz aufwendiger Bleiabschirmung des Detektors war das Verhältnis von verzögerten resonanten Quanten zum Untergrund bereits im für die Diffusion, uninteressantem Temperaturbereich (460°C), nur 1.3. Die Zählrate betrug 0.035 Hz.

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