Bestimmung von Diffusionslängen im Sub-Nanometer-Bereich mit Neutronenreflektometrie an Isotopen-Multilagen

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Die Diffusion der konstituierenden Elemente (Selbstdiffusion) ist ein grundlegender Materietransportprozess in Festkörpern, der eine Reihe für technische Anwendungen wichtige Materialeigenschaften steuert. Mit den momentan etablierten Methoden (radioaktive Tracer, Sekundärionen-Massenspektrometrie, kernmagnetische Resonanz, quasielastische Neutronenstreuung usw.) ist es möglich, Diffusionskoeffizienten in einem Bereich von 1 x 10-9 bis hinunter zu etwa 1 x 10-23 m2/s bei Diffusionslängen > 10 nm zu bestimmen. Viele moderne, insbesondere metastabile und nanoskalige, Materialsysteme erfordern jedoch den experimentellen Nachweis von Diffusionslängen im Sub-Nanometer-Bereich zur Interpretation von kinetischen Prozessen und Materialeigenschaften. Dieses Ziel soll mittels Neutronenreflektometrie an Isotopen- Multilagen erreicht werden. Im Rahmen dieses Projekts soll demonstriert werden, dass es möglich ist Diffusionslängen < 1 nm und Diffusionskoeffizienten im Bereich von 1 x 10-21 bis 1 x 10-26 m2/s mit dieser Methode verlässlich nachzuweisen. Als Modellsysteme sollen amorphe und nanokristalline SiCXNY-Verbindungen verwendet werden, deren Stabilität von der atomaren Beweglichkeit der Konstituenten abhängt.