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Direct observation of a local thermal vibration anomaly in a quasicrystal

机译：直接观察准晶体中的局部热振动异常

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摘要

Quasicrystals have long-range order with symmetries that are incompatible with periodicity, and are often described with reference to a higher-dimensional analogue of a periodic lattice. Within the context of this 'hyperspace' crystallography, lattice dynamics of quasicrystals can be described by a combination of lattice vibrations and atomic fluctuations―phonons and phasons. However, it is difficult to see localized fluctuations in a real-space quasicrystal structure, and so the nature of phason-related fluctuations and their contribution to thermo-dynamic stability are still not fully understood. Here we use atomic-resolution annular dark-field scanning transmission electron microscopy to map directly the change in thermal diffuse scattering intensity distribution in the quasicrystal, through in situ high-temperature observation of decagonal Al_(72)Ni_(20)Co_8. We find that, at 1,100K, a local anomaly of atomic vibrations becomes significant at specific atomic sites in the structure. The distribution of these localized vibrations is not random but well-correlated, with a quasiperiodic length scale of 2 nm. We are able to explain this feature by an anomalous temperature (Debye-Waller) factor for the Al atoms that sit at the phason-related sites defined within the framework of hyperspace crystallography. The present results therefore provide a direct observation of local thermal vibration anomalies in a solid.
机译：准晶体具有与周期性不相容的对称性的长距离有序，并且经常参考周期性晶格的高维类似物进行描述。在这种“超空间”晶体学的背景下，准晶体的晶格动力学可以通过晶格振动和原子波动（声子和声子）的组合来描述。但是，很难在实际空间的准晶体结构中看到局部波动，因此与声子有关的波动的性质及其对热力学稳定性的贡献仍未得到充分理解。在这里，我们通过原位高温观察十边形Al_（72）Ni_（20）Co_8，使用原子分辨率环形暗场扫描透射电子显微镜直接绘制准晶体中热扩散散射强度分布的变化图。我们发现，在1100K处，原子振动的局部异常在结构中的特定原子位置处变得很明显。这些局部振动的分布不是随机的而是良好相关的，准周期长度标度为2 nm。我们能够通过Al原子的反常温度（Debye-Waller）因子来解释此特征，Al原子位于超空间晶体学框架内定义的与声子相关的位点。因此，本发明的结果提供了对固体中局部热振动异常的直接观察。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2003年第6921期|p.347-350|共4页
  • 作者

    Eiji Abe; S. J. Pennycook; A. P. Tsai;

  • 作者单位

    Condensed Matter Sciences Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee 37830, USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
  • 中图分类 自然科学总论;
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