Oszillierende Keimbildungsprozesse

• Antragsteller: Professor Dr. Richard Bausch; Professor Dr. Rudolf Schmitz
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 225902730

• Erstellungsjahr: 2015

Zusammenfassung der Projektergebnisse

In dem wohl einfachsten Modell des gerichteten Kristallwachstums einer verdünnten binären Legierung konnte das oft beobachtete, aber nur teilweise verstandene Auftreten einer periodischen Schichtstruktur beschrieben werden. Ferner wurde im Wellenzahl-Temperaturgradienten-Diagramm der gesamte Bereich der periodischen Strukturbildung bestimmt. Ausgehend von einer einfachen Version eines Kapillarwellenmodells für das Wachstum einer binären Legierung wurde die oft genutzte Beschreibung durch Relationen zwischen Flüssen und Kräften an der Wachstumsfront nach Art der Thermodynamik irreversibler Prozesse hergeleitet. Dabei konnten der Satz der Onsager-Koeffizienten exakt bestimmt und die thermodynamische Konsistenz eines gelegentlich negativen Reibungskoeffizienten nachgewiesen werden. In einem isothermen endlichen System mit undurchlässigen Wänden konnte die Entstehung von Oszillationen der Wachstumsfront einer verdünnten binären Legierung in dem bisher betrachteten Parameterbereich unseres Modells nicht sichergestellt werden. Im Konzentrationsprofil der Minoritätskomponente zeigte sich aber ein ausgeprägtes metastabiles Maximum an der Anfangsposition der Wachstumsfront, die ein langlebiges Überschießen der Gleichgewichtsposition dieser Front bedingt. Dieser bisher unbekannte Effekt sollte experimentell beobachtbar sein. Die Bildung des Keims einer neuen Phase an der Spitze eines sich ausbreitenden Risses wurde einschließlich der Auswirkungen auf die Rissdynamik diskutiert. Im Falle eines Phasenübergangs zweiter Ordnung konnte die Gestalt des Keims exakt berechnet und die Existenz einer kritischen Grenzgeschwindigkeit der Rissspitze nachgewiesen werden, oberhalb derer eine Keimbildung unmöglich ist. Im Falle eines Phasenübergangs erster Ordnung wurde in Abhängigkeit von der treibenden Kraft ein Sprungverhalten der Geschwindigkeit der Rissspitze beobachtet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Transformational process zone at the tip of a propagating crack
  A. L. Boulbitch, A. L. Korzhenevskii,
  
• Domain of oscillatory growth in directional solidification of dilute binary alloys, Phys. Rev. E 87 (2013) 042402
  E. Babushkina, N. M. Bessonov, A. L. Korzhenevskii, R. Bausch, R. Schmitz
  
• Relation between bulk and interface descriptions of alloy solidification, Phys. Rev. E 87 (2013) 062402
  A. L. Korzhenevskii, R. Bausch, R. Schmitz
  
• Periodic layer formation in the growth of dilute binary alloys, Physica A 413 (2014) 394
  R. E. Rozas, A. L. Korzhenevskii, R. Bausch, R. Schmitz