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KeepItBasement Podcast Tom Zappia Failed "Monolage" Remixed By @TheSweenz Thank You To The Fans! Love Ya'll

Komplexe Plasmen sind Systeme bestehend aus schwach ionisierten Gasen und mesoskopischen Partikeln. Partikel in einem Plasma erhalten ihre Ladung hauptsächlich durch den Fluß von Ionen und Elektronen auf denen Oberflächen. Abhängig von der Teilchengröße und den Plasmabedinungen kann die Ladung pro Teilchen mehrere tausend Elementarladungen betragen. Da das Hintergrundgas sehr dünn ist, können Partikelsysteme unabhängig von dem Plasma betrachtet werden. In vielen Fällen kann das Partikelwechselwirkungspotential als Yukawapotential angenähert werden, welches im Wesentlichen ein abgeschirmtes Coulombpotential ist. Kapitel 1 ist eine kurze Einleitung in die theoretischen Konzepte komplexer Plasmen. Aufgrund der Bedeutung des Mechanismus, beginne ich diese Arbeit mit der Diskussion der Teilchenladung für zwei verschiedene Situationen in Kapitel 2. Zunächst beschreibe ich ein einzigartiges Experiment, die "Coulomb-Explosion", zur Messung der Teilchenladung tief in der Plasmarandschicht. Ein Hybrid-Analyseverfahren, bestehend aus Teilchenverfolgung, MD und PIC Simulationen, wurde angewendet um die Ladung im Anfangsstadium der Explosion abzuschätzen. Dieses wird mit einer theoretische Methode zur Bestimmung der Partikelladung im Bulk-Plasma bei verschiedenen Entladungsfrequenzen ergänzt. Die Abhängigkeit der Partikelladung von der Entladungsfrequenz wird bei drei verschiedenen Drücken gezeigt. Das verwendete Modell ist hilfreich um die Veränderung der Teilchenladung in Abhänigkeit der Entladungsfrequenz abzuschätzen. Die hohe Teilchenladung und die damit verbundene abstoßende Teilchenwechselwirkung verhindern Partikelagglomeration. In Kapitel 3 stelle ich ein Experiment vor, in dem Partikelagglomeration durch selbst-angeregte Wellen induziert wird. Innerhalb der Wellen werden die Teilchen derart beschleunigt, dass das abstoßende Potential durch die erhöhte kinetische Energie überwunden werden kann. Die resultierenden Agglomerate werden mit einem "Long-Distance" Mikroskop überprüft. Im Folgenden stelle ich ein System binärer komplexer Plasmen vor. Unter bestimmten Bedingungen können monodisperse Partikel in einer Monolage eingefangen werden. Die Teilchen ordnen sich in einem Dreiecksgitter mit hexagonaler Symmetrie an. Dies ist als 2D Plasmakristall bekannt. Wenn ein sich bewegendes, einzelnes Teilchen einer anderen Spezies in das System eingeführt wird, verursacht es eine Störung des Kristallgitters. In Kapitel 4 werden die Untersuchungen der Wechselwirkung des Kristallgitters mit einem sich oberhalb des Gitters (stromaufwärts des Ionenflusses) befindlichen Teilchens diskutiert. Dieses zusätzliche Partikel erzeugt einen Mach-Kegel, da es sich mit einer Geschwindigkeit, schneller als der Schall in dem System bewegt. Das stromaufwärts befindliche Teilchen neigt dazu sich zwischen Reihen von Teilchen in dem Gitter zu bewegen, was als "Channeling-Effekt" bekannt ist. Wenn Teilchen einer Spezies eine Partikelwolke einer anderen durchdringen, bilden sowohl die durchfliessende als auch die durchflossene Teilchenwolke Kettenstrukturen ("Lanes") aus. In komplexen Plasmen ist die Wechselwirkung verschiedener Partikel immer stärker abstoßend als das geometrische Mittel der Wechselwirkung gleicher Partikel. Diese Asymmetrie in der gegenseitigen Wechselwirkung heißt "Positive nicht-Additivität". Deren Grad wird von dem nicht-Additivitäts Parameter bestimmt. In Kapitel 5 beschreibe ich zuerst die Ergebnisse von Langevin-Simulationen, um die Abhängigkeit der "Lane - Formation" von dem nicht-Additivitäts Parameters zu studieren. Weiterhin wurde die Rolle des Anfangszustands numerisch untersucht. Zusätzlich wurde eine Reihe umfassender Experimente zur "Lane - Formation" an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) durchgeführt. Die Auswertung der Experimente konzentrierte sich auf die Struktur der durchflossenen Teilchen. Der Einfluss der Partikeldichten und -größe wurden untersucht. Das Studium zweier aufeinanderfolgenden Durchdringungen offenbarte einen "Memory-Effekt" in der Kettenstruktur. Zusätzlich wurde ein Übergang von freier "Lane-Formation" zu einem, von Entmischung dominierten, Zustand des Nichtgleichgewichtsystems innerhalb einer Experimentreihe beobachtet. Schließlich stelle ich einen ergänzenden Versuch zur "Lane-Formation" in erdgebundenen Experimenten vor. Die Schwerkraft wurde hier durch thermophoretische Kräfte kompensiert. In dieser Versuchsreihe konnten die durch unregelmässige Teilchengeschwindigkeiten und Inhomgenitäten in der durchflossenen Teilchenwolke entstehenden Nachteile erfolgreich überwunden werden. Mit diesem Modell-System kann die "Lane-Formation" im Detail untersucht werden und die Ergebnisse mit denen numerischer Simulationen und denen aus Experimenten in Kolloiden verglichen werden.

In dieser Arbeit wurden sowohl einkristalline Magnetit- als auch mit ultradünnen Oxidfilmen bedeckte NiAl- und Ni3Al-Legierungskristalle mithilfe von Oberflächenröntgenbeugung (SXRD, surface X-ray diffraction) untersucht. Das Ziel war es, die atomare Struktur der rekonstruierten Magnetitfläche und des Kompositsystems Oxidfilm-Interface-Legierungskristall zu bestimmen. Für die durch Ionenbeschuß und Tempern präparierte, c(2x2)-rekonstruierte Fe3O4(001)-Oberfläche wurden mit Oberflächenröntgenbeugung in plane-Reflexe, Grundgitter- und Überstruktur-Beugungsstäbe gemessen. Mit fünf in der Literatur diskutierten Terminierungsmodellen wurde eine Anpassung an die experimentellen Daten durchgeführt; für folgende zwei Modelle ergab sich eine ähnlich gute Übereinstimmung der simulierten Stäbe mit den Meßwerten: die Terminierung mit einer halben Monolage tetraedrisch koordinierten Eisens (Modell 3) und die Terminierung mit einer vollen Oktaeder-Eisenlage (Modell 2). Beiden angepaßten Strukturen gemein ist eine laterale wellenförmige Verzerrung der obersten Oktaedereisenreihen mit einer Amplitude zwischen 0.11 und 0.14 Å und eine starke Kontraktion des ersten Lagenabstandes (Modell 3: 80 - 100 %, Modell 2: 31 %). Im Fall der Modell 3-Terminierung schließt die oberste Eisenlage fast völlig mit der darunterliegenden B-Lage ab, wobei starke differentielle Relaxationen zwischen den Eisen- und Sauerstoffionen auftreten. Die Modell 2-Terminierung zeigt dagegen eine im wesentlichen einheitliche Relaxation der vertikalen Atompositionen und im Vergleich mit Modell 3 geringer verkürzte Fe-O-Bindungsabstände mit einem minimalen Abstand von 1.77 Å. Bei der Rechnung unter Verwendung nur der Überstrukturintensitäten ergeben sich für Modell 2 um 4 - 6 % niedrigere R-Werte (Anpassungsgüte), die zusammen mit den Ergebnissen aktueller STM-Messungen und ab initio Simulationsrechnungen die B-Lagenterminierung unterstützen. Dies ist insofern bemerkenswert, da diese polare Terminierung aus elektrostatischen Gründen instabil sein sollte. Die Untersuchung der Aluminiumoxid-Dünnfilme auf Nickelaluminium ergab für die beiden untersuchten Substrate NiAl(110) und Ni3Al(111) ähnliche Resultate. Die reinen, nichtoxidierten Nickelaluminiumflächen waren im UHV unrekonstruiert und wiesen für die äußere Ni/Al-Doppellage ein gegenüber Ni stärker ins Vakuum relaxiertes Aluminiumatom auf (’rippling’, NiAl(110): 0.16 Å, Ni3Al(111): 0.01 Å). In umfangreichen Präparationsserien unter Zuhilfenahme von SPA-LEED- und AES-Messungen wurden die optimalen Bedingungen für die Bildung eines stabilen Films gefunden. Für NiAl(110) ist dies die Oxidation bei 850 K mit anschließendem Tempern bei 1150 K, für Ni3Al(111) die Oxidation und Ausheilen bei einer Temperatur von 1050 K mit einer um den Faktor 10 geringeren Sauerstoffdosis. In beiden Systemen tritt bei niedrigen Temperaturen eine metastabile, stark fehlgeordnete Vorläuferphase mit hexagonaler Oxidzelle auf (Al2O3/NiAl(110): 3.12 Å, Al2O3/Ni3Al(111): 2.95 Å), die sich jeweils ab etwa 1100 K in einen stabilen, gut geordneten Oxidfilm umwandelt. Für Al2O3/NiAl(110) folgt aus der Analyse der Röntgenreflektivität ein aus 5 Atomlagen bestehender, 7.8 Å dicker Oxidfilm mit einer Al-Interfaceschicht, die einen Abstand von 1.7 Å von der obersten Substratlage aufweist. Im Fall von Al2O3/Ni3Al(111) ist der aus 4 Atomlagen bestehende Film (1 Interfacelage + 3 Oxidlagen) 5.2 Å dick mit einem Substratabstand von 2.1 Å für die Al-Interfacelage. Die Intensität der Gitterabbruchstäbe läßt sich jeweils mit einem abrupt endenden, strukturell wenig veränderten Substrat erklären, wobei chemische Unordnung in den Legierungskomponenten nur in der Größenordnung weniger Prozente auftritt. Für NiAl(110) wurden zwei verschiedene, hoch geordnete Überstrukturen gemessen: Die bekannte, entlang der NiAl[1 –1 0]-Richtung kommensurable Oxidstruktur (HT1) der Dimension 10.58 x 17.87 Å (Zellwinkel 88.9°) und eine zusätzlich im Rahmen der Röntgenmessung gefundene, in [1 –1 1]-Richtung kommensurable Struktur (HT2) mit einer Zelle von 3.97 x 3.91 Å (Zellwinkel 73.3°). Die HT2-Struktur ist dabei auf eine chemische Verunreinigungen mit Bor zurückzuführen. Für den Oxidfilm auf Ni3Al(111) wurden SPA-LEED-Untersuchungen durchgeführt, mit denen das komplizierte Beugungsbild aufgeschlüsselt wurde: Es wurden eine hexagonale Oxid-Basiszelle der Dimension 3.01 Å gefunden, die eine hexagonale, 23.8 Å große, 17.78° gegen die [1 -1 0]-Substratrichtung gedrehte Überstruktur (’Modulationszelle’) aufweist. Zusätzlich besteht ein Koinzidenzgitter zwischen Substrat und Oxid, das eine (sqrt(3) x sqrt(3))R30°-Überstruktur der Modulationszelle darstellt. Die Modulationszelle des Al2O3-Films ist dabei als eine dichtgepackte Sauerstoffstruktur mit bevorzugter Tetraederlückenbesetzung des Aluminiums aufzufassen, deren Atome in der Mitte der hexagonalen Zelle hoch geordnet, an den Kanten stark fehlgeordnet sind.