Techn. University, Diss., 2005--Berlin.

This thesis aims to investigate the form-phase diagram of aqueous solutions of the triblock copolymer Pluronic P123 focusing on its high-temperature phases. P123 is based on polyethylene as well as polypropylene oxide blocks and shows a variety of di erent temperaturedependent micelle morphologies or even lyotropic liquid crystal phases in aqueous solutions. Besides the already well-studied spherical aggregates at intermediate temperatures, the size and internal structure of both worm-like and lamellar micelles, which appear near the cloud point, is determined using light, neutron and X-ray scattering. By combining the results of time-resolved dynamic light as well as small-angle neutron and X-ray scattering experiments, the underlying structural changes and kinetics of the sphere-to-worm transition were studied supporting the random fusion process, which is proposed in literature. For temperatures near the cloud point, it was observed that aqueous P123 solutions below the critical crystallization concentration gelate after several hours, which is linked to the presence and structure of polymeric surface layers on the sample container walls as shown by neutron re ectometry measurements. Using a hierarchical model for the lamellar micelles including their periodicity as well as domain and overall size, it is possible to unify the existing results in literature and propose a direct connection between the near-surface and bulk properties of P123 solutions at temperatures near the cloud point. / Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung des Form-Phasendiagrams des Dreiblock-Co- polymers Pluronic P123 mit dem besonderen Fokus auf dessen Phasenverhalten bei hohen Temperaturen. P123 besteht aus Polyethylen- und Polypropylenoxid-Blöcken und zeigt in wässriger Lösung vielfältige, temperaturabhängige Mizellformen oder sogar Flüssigkristallphasen. Neben den bereits intensiv untersuchten sphärischen Aggregaten bei mittleren Temperaturen, werden die Größen und inneren Strukturen der wurmartigen und lamellearen Aggregate mittels Licht-, Neutronen- und Röntgenstreumethoden untersucht, welche nahe des Trübungspunktes der Lösungen auftreten. Durch die Kombination von zeitaufgelösten dynamischen Licht- und Kleinwinkelstreuung-Experimenten wurden die strukturellen Änderungen und kinetischen Prozesse während des Kugel-Wurm-Übergangs untersucht, welche den bereits in der Literatur vorgeschlagenen zufälligen Fusionsprozess weiter bestätigen. Es wurde beobachtet, dass wässrige P123-Lösungen unterhalb der kritischen Kristallisationskonzentration nach mehreren Stunden gelieren, was durch Neutronenreflektometrie mit dem Auftreten und der Struktur von oberflächennahen Monolagen auf den Messzellwänden in Verbindung gebracht wurde. Wenn ein hierarchisches Model für die lamellaren Mizellen verwendet wird, das deren Periodizität, Domänen- und Gesamtgröße berücksichtigt, ist es außerdem möglich, die bisherigen Ergebnisse in der Literatur zu vereinigen und eine direkte Verbindung zwischen dem Aggregationsverhalten von P123 auf Oberflächen und in Lösung bei Temperaturen nahe des Trübungspunktes zu ziehen.

Second-order phase transitions involve critical fluctuations just below and above the transition temperature. Macroscopically, they manifest in the power-law behaviour of many physical properties such as the susceptibility and the specific heat. The power-laws are predicted to be universal, i.e. the same exponents are expected for a certain class of transitions irrespective of the microscopic details of the system. The underlying commonality of such transitions is the divergence of the correlation length ξ and the correlation time ξ_τ of the critical fluctuations at the transition temperature. Both ξ and ξ_τ can be directly observed by neutron scattering experiments, making them an ideal tool for the study of critical phenomena. At classical phase transitions, the critical fluctuations will be thermal in nature. However, if a second-order transition occurs at T = 0, thermal fluctuations are frozen, and the transition is driven by quantum fluctuations instead. This is called a quantum critical point. The quantum nature of the fluctuations influences observable properties, also at finite temperatures, and causes unusual behaviour in the vicinity of the quantum critical point or the existence of exotic phases, e.g. unconventional superconductivity. Heavy-fermion compounds are a class of materials that is well suited for the study of quantum criticality. They frequently show second-order transitions into a magnetically ordered state at very low temperatures, which can easily be tuned to T = 0 by the application of pressure, magnetic fields or element substitution. In this thesis, fluctuations near a quantum critical point are investigated for three heavy-fermion systems. CeCu2Si2 shows unconventional superconductivity close to an antiferromagnetic quantum critical point. Results from single-crystal neutron spectroscopy and thermodynamic measurements are discussed and some details are also given about the synthesis of large single crystals. The focus of the study is the comparison of the inelastic response of magnetic and superconducting samples, which are found to be very similar for ΔE > 0.2 meV. CePdAl has an antiferromagnetic state with partial magnetic frustration. The ordering temperature can be suppressed by Ni substitution towards a quantum critical point. Single-crystal neutron diffraction experiments of three members of the substitution series were analysed. They revealed several unusual effects of the frustrated state in the pure sample, and show that magnetic order and frustration persist in the substituted samples. YbNi4P2 is a rare example of a compound with ferromagnetic quantum criticality, which has only been studied in the last few years. The aim of the powder neutron spectroscopy experiments presented here was to obtain an overview of the relevant energy scales, i.e. the crystal electric field, local magnetic fluctuations and ferromagnetic fluctuations. Simulations using the program McPhase were performed for a thorough understanding of the crystal electric field.

Inhalt der vorliegenden Dissertation ist die Untersuchung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften der Schwerfermionensubstanz CeCu2. Dafür wurden makroskopische Messungen der Magnetisierung, der Suszeptibilität sowie der spezifischen Wärme aus der Literatur miteinander verglichen und eigenen Neutronenstreuexperimenten gegenübergestellt. Ein Teil der Arbeit widmet sich der Entwicklung des neuen Dreiachsenspektrometers PANDA am FRM2 München. Für dieses wurden umfangreiche Simulationen durchgeführt, um zukünftige Leistungsdaten zu spezifizieren. Mit dem Ray - Trace - Simulationspaket McStas wurde das Neutronenstreugerät modelliert und das Zusammenspiel der neutronenoptischen Bauelemente optimiert. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit Messungen und Rechnungen zum magnetischen Phasendiagramm von CeCu2. Dazu wurden eigene Messungen der Magnetisierung (VSM) und elastische Neutronenstreuexperimente (D23, ILL Grenoble) einer McPhase - Rechnung gegenübergestellt. Der nächste Abschnitt der Arbeit befasst sich mit elastischen und inelastischen Neutronenstreuexperimenten (IN12 & IN20, ILL Grenoble) an CeCu2 Einkristallen. Diese Messungen untersuchen die statischen (Struktur, Phasendiagramm) sowie dynamischen Eigenschaften (Anregungen) in dieser Substanz. Insbesondere beschäftigen sich diese Messungen mit den Dispersionsrelationen der Magnonen in hohen magnetischen Feldern bis zu mu0H = 12 Tesla. Für diese Experimente wurde eine neue Probenbox für den Einsatz in Hochfeldmagneten entwickelt, welche die Probe fixiert und in einer Schutzgasatmosphäre einschließt. In den Messungen wurde eine unerwartete, dispersionslose Anregung gefunden, welche mit dem derzeitigen Spinwellenmodell unverträglich ist. Bei Erhöhung des Magnetfeldes steigt die Anregungsenergie doppelt so schnell, wie von gewöhnlichen Magnonen erwartet wird. Zur Erklärung wird ein neutroneninduzierter pi/2 - Spinflop - Prozess vorgeschlagen. In einer anderen Messung wurde mit polarisierten Neutronen nach dem bisher indirekt nachgewiesenen, ersten angeregten Kristallfeldniveau bei 9 Millielektronenvolt gesucht. Bei wachsenden Temperaturen konnte kaum magnetische Streuintensität unterhalb 10 Millielektronenvolt gefunden werden. Jedoch wurde eine stark verbreiterte Intensität von 8 bis 15 Millielektronenvolt gemessen. Diese Energie korreliert mit dem Übergang zwischen den angeregten Kristallfeldniveaus. Als Ursache für die Verbreiterung wird eine Kristallfeld - Phonon - Wechselwirkung angegeben. Aus dem Vergleich der in verschiedenen Richtungen gemessenen magnetischen Streuintensitäten des 23 Millielectronvolt Kristallfeldüberganges können dessen Übergangsmatrixelemente abgeschätzt werden. Diese wurden den errechneten Werten der veröffentlichten Kristallfeldparametersätze gegenübergestellt. Es zeigte sich, dass die alten Parametersätze die neuen Messdaten nicht beschreiben können. Deshalb wurde ein neuer Satz aufgestellt, welcher erstmals sowohl die makroskopischen Messungen als auch die Neutronenstreuexperimente erklärt. / In this thesis, the electronic and magnetic properties of the heavy-fermion system CeCu2 are investigated. For that purpose, measurements of susceptibility, magnetisation and specific heat from literature are compared with each other and are compared with neutron-scattering experiments performed for the present work. One part of the thesis is addressed to the design of the new triple-axis spectrometer PANDA, which is situated at the research reactor FRM2 in Munich. Extensive simulations were performed with the ray - tracing simulation package McStas in order to model this neutron scattering instrument and to optimise its neutron optic elements. The second part of this work deals with measurements and calculations of the magnetic phase diagram of CeCu2. The experiments include the macroscopic magnetisation (VSM) and elastic neutron-scattering measurements (D23, ILL Grenoble). The McPhase calculations are in a good agreement with the experiments. The next part presents elastic and inelastic neutron-scattering experiments (IN12 & IN20, ILL Grenoble) at CeCu2 single crystals. These measurements investigate the static (phase diagram) as well as dynamic properties (excitations) of this compound. Especially, the experiments are concentrated on the investigation of the dispersion relation of magnons in magnetic fields up to mu0H = 12 tesla. For these measurements, a new sample holder suitable for use in high magnetic fields was designed, which fixes the sample in a hermetically sealed containment. In the experiments an unexpected dispersionless excitation was observed, which does not fit the standard magnon model. With increasing magnetic field the energy of this excitation increases with a slope of twice the value expected for regular magnons. A neutron - induced pi/2 spin - flop process is proposed to explain this excitation. In another measurement with polarised neutrons the first excited crystal - field level at 9 millielectronvolt, which has not been directly detected up to now, was investigated. With increasing temperature, only small magnetic scattering intensity occurs below 10 millielectronvolt. >From 8 to 15 millielectronvolt a broad signal was detected, which corresponds to the energy of the transition between the two excited levels. Due to a strong crystal field - phonon interaction, the width is unusually broadened. The transition matrix elements can be estimated from the comparison of the components of the magnetic scattering intensities of the 23 millielectronvolt crystal - field transition. These values were compared with the calculated values from published crystal-field parameter sets. The old sets cannot explain the new measurements. A new set was derived which accounts for the macroscopic measurements and for the neutron - scattering data, too.

Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Untersuchung der kollektiven Dynamik des binaeren Systems Rb-Sb im fluessigen Zustand. Die dynamische Struktur wurde fuer zwei Zusammensetzungen durch inelastische Neutronenstreuung bestimmt. Die daraus ermittelten Dispersionsrelationen geben Aufschluss ueber die kollektiven Anregungen im System. Um kuenftig noch bessere Experimente durchfuehren zu koennen, wurden die Parameter eines neues Neutronen Brillouin Spektrometers mittels Monte-Carlo Simulation optimiert. / In the first part of this report the collective atomic dynamics of liquid Rb-Sb is discussed. The dynamic structure factors were measured by inelastic neutron scattering. The resulting dispersion relations show how the dynamics of this system alters with the change in the interatomic potential. To improve the experimental part the setup of a new neutron Brillouin spectrometer was optimized by a Monte-Carlo simulation. These results are presented in the second part.

The atomic dynamics in liquids is still a challenging subject. The objective of this thesis was to study how the dynamics depends on the TYPE of the atomic interaction. Dynamic properties extracted from inelastic neutron scattering experiments on three binary systems clearly show a discontinous behaviour in the transition from a pure metallic to an ionic and partly covalent bonding regime. Further, results of Monte-Carlo simulations of a new type of spectrometer, a Neutron-Brillouin-Spectrometer, that is currently under construction, are presented. / In dieser Arbeit wurde der Einfluss der Art der zwischenatomaren Wechselwirkung auf die atomare Dynamik in Fluessigkeiten untersucht. Dafuer wurden geeignete binaere Systeme ausgewaehlt und deren Dichtefluktuationen mittels unelastischer Neutronenstreuung gemessen. Neben den teilweise bekannten strukturellen Veraenderungen, die beim Uebergang von rein metallischen zu ionischen und teilweise kovalenten Bindungen auftreten, konnten vor allem die Auswirkungen wechselnder Bindungsverhaeltnisse auf eine Reihe dynamischer Eigenschaften nachgewiesen werden. Besonders hervorzuheben sind dabei der Nachweis eines Hochfrequenzbandes im Frequenzspektrum des fluessigen RbSb sowie in den fluessigen Na-Sn Legierungen die Aufspaltung der aus der longitudinalen Stromkorrelationsfunktion abgeleiteten Dispersion in zwei Baender, die die verschiedenartige Dynamik der unterschiedlich schweren Komponenten widerspiegeln. Desweiteren werden in dieser Arbeit Ergebnisse umfangreicher Monte-Carlo Simulationen fuer ein im Bau befindliches neuartiges Neutronen-Brillouin-Spektrometer vorgestellt.

Dresden, Techn. Univ., Diss., 2000.

Chemnitz, Univ., Diplomarb., 1999.

Techn. University, Diss., 2003--Chemnitz.

Eine Vielzahl physikalischer Größen binärer und mehrkomponentiger Legierungsschmelzen weisen starke und zusammensetzungsabhängige Abweichungen vom idealen Lösungsverhalten auf, die anhand der in der Flüssigkeit eingestellten kurz- und mittelreichweitigen Ordnung plausibel erklärt werden können. Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, anhand von Röntgen- und Neutronenstreuexperimenten die atomare Struktur ausgewählter Legierungsschmelzen zu beschreiben und in Relation zu in der Literatur vorgestellten Untersuchungen der thermophysikalischen Eigenschaften zu diskutieren. Die Resultate der Streuexperimente werden unter anderem durch die Anwendung von Assoziatvorstellungen interpretiert. Weiterführend nimmt die Bestimmung und Analyse partieller Strukturfaktoren und Paarverteilungsfunktionen einen besonderen Stellenwert ein. Binäre Ag-Cu Legierungsschmelzen sind chemisch ungeordnet, die Nahordnung wird praktisch ausschließlich durch topologische Effekte bestimmt. Dem stehen sowohl die halbleitenden As-Se-Legierungen, als auch die metallischen Cu-Ge-, Al-Ni- und Ni-Si- Legierungsschmelzen gegenüber, die eine zum Teil sehr ausgeprägte chemische Ordnung aufzeigen.