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LiNiO2: Ein dynamisches Jahn−Teller System

In dieser gemeinsamen Arbeit mit Forschern der BASF haben wir die Dynamik und Kooperativität von JT-Verzerrungen in LiNiO2 untersucht. Während statische DFT-Berechnungen eindeutig die Stabilität eines monoklinen JT-verzerrten LNO befürworten, ist dies für Experimente schwer fassbar: JT-Verzerrungen werden auf lokaler Ebene beobachtet, aber die globale kristallographische Symmetrie wird systematisch als perfekt unverzerrte rhomboedrische Struktur identifiziert, die mit LiCoO2 isostrukturell ist. Dank molekulardynamischer Simulationen haben wir einzelne Ni-O-Bindungslängen als Funktion der Zeit analysiert und festgestellt, dass JT-Verzerrungen zwar stattfinden, sich aber dynamisch neu orientieren. Die statistische Korrelationsanalyse ergab, dass, obwohl ein gewisses Maß an Kooperativität innerhalb einer Ebene existiert, die Korrelation zwischen verschiedenen Schichten für alle praktischen Zwecke nicht vorhanden ist. Die kontinuierliche Neuorientierung der JT-Richtung erscheint im Durchschnitt so, als ob alle Ni-O-Bindungen gleich wären, während die Nichtkooperativität zwischen den Schichten verhindert, dass das System einer makroskopischen monoklinen Scherung ausgesetzt wird. Die Kombination dieser beiden Effekte verleiht LNO die allgemein akzeptierte R3̅m-Symmetrie. Dieses Ergebnis begründet das Rätsel, dass fast zwei Jahrzehnte lang die klare JT-Aktivität von Ni3 + dem Mangel an makroskopischer monokliner Scherung gegenübergestellt wurde. R3̅m ist weder ein lokales Minimum noch ein Sattelpunkt: Es ist die Spitze des Potenzials in Form eines mexikanischen Hutes, während der Neuorientierungspfad entlang des verzogenen Trogs um das Maximum verläuft. Computergestützte Studien zu LNO und direkt verwandten Verbindungen sollten daher die Verwendung von R3̅m als Referenzverbindung vermeiden und stattdessen den wahren Grundzustand (P21 / c) verwenden. Die Verwendung von R3̅m ist nicht nur konzeptionell falsch, sondern führt auch zu nicht zu vernachlässigenden quantitativen Fehlern. R3̅m sollte weiterhin für die Analyse von Beugungsdaten zu LNO verwendet werden.

Eine vergleichende Untersuchung von Größeneffekten in Nanogläsern und homogenen Bulk-Gläsern

Wir haben den Einfluss der Strukturgröße auf die mechanischen Eigenschaften von Drähten aus Nanogläsern und homogenen Gläsern mit Hilfe von MD-Simulationen untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen einen deutlichen Unterschied im Verformungsmodus. Während Drähte aus homogenem Glas einen Spannungsabfall und eine Dehnungslokalisierung in einem Scherband zeigen, finden wir bei den Nanogläsern Verformung durch Einschnürung. Die Scherbandbildung ist in Cu64Zr36 offensichtlicher als in Pd80Si20. Wenn der Durchmesser der Drähte aus Nanoglas auf das Doppelte der durchschnittlichen Korngröße reduziert wird, tritt bei der größeren technischen Dehnungen (> 20%) eine Erweichung auf. Darüber hinaus führt die strukturelle Relaxation nach einer zyklischen Belastung zu lokaler Erholung, und die Spannung nimmt beim Wiederbeladen zu.

Eine rechnergestützte Untersuchung von Struktur, thermodynamischer Stabilität und Transporteigenschaften

Die Entwicklung von Lithium leitenden Festelektrolyten (SE) ist der Schlüssel für die Realisierung von Li-Festkörperbatterien. In diesem Zusammenhang sind Sulfid SE eine vielversprechende Materialklasse. Mit ab-initio-Molekulardynamiksimulationen haben wir verschiedene LiPS-Gläser auf Stabilität und Leitfähigkeit untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass alle Gläser im Vergleich zu ihren kristallinen Gegenstücken thermodynamisch metastabil sind und dass das Vorhandensein bestimmter Struktureinheiten keinen Einfluss auf die Transporteigenschaften in Gläsern hat.

Molekulardynamiksimulationen zeigen den Einfluss der Segregation gelöster Komponenten auf das Verformungsverhalten.

Die Versetzungsentwicklung in legierten und reinen nanoporösen Schäumen wird durch molekulardynamische Simulationen untersucht. Wir stellen fest, dass das Streckverhalten von der Oberflächenzusammensetzung und den entsprechenden Kapillarkräften abhängt, während das elastische Verhalten von der Zzusammensetzung der Ligamendvolumina abhängt. Trends in der Fließreaktion dieses Materials als Funktion der Größe und der Oberflächenzusammensetzung werden effektiv mit einem Modell vorhergesagt, das Oberflächeneffekte berücksichtigt.

Atomistic insights into metal hardening

Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansichten zeigen atomistische Simulationen im ultra-großen Maßstab, dass der abgestufte Charakter der Kaltverfestigung von Metallen von der Kristallrotation herrührt, während das Versetzungsverhalten über alle Stufen hinweg gleich bleibt.

Neue Untersuchung zum Exfolationsverhalten von Maxenen

Ali Malik untersuchte das Exfoliationsverhalten von Maxenen durch DFT-Berechnungen. Die Ergebnisse wurden zusammen mit der C. Birkels-Gruppe veröffentlicht. Das Papier ist auf der Titelseite von Dalton Transactions erschienen.