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Experimentelle Physik III - Arbeitsgruppe Prof. Böhmer

Dynamik in kristallinem und nichtkristallinem Eis

WasserGitter Wasser ist einer der scheinbar gewöhnlichsten Stoffe. Dennoch sind zahlreiche seiner ungewöhnlichen Eigenschaften, der sogenannten Anomalien, noch nicht im Detail verstanden. Wir untersuchen den Polymorphismus des Wassers: In fester Form – also als Eis – können sich Wassermoleküle zu verschiedensten kristallinen und amorphen Strukturen verbinden; ca. 20 davon sind mittlerweile aufgeklärt. Dies unterscheidet Eis von den meisten anderen Materialien, bei denen nur eine oder wenige Molekül-Anordnungen bekannt sind. In den letzten Jahren wurden zahlreiche neue Eisphasen entdeckt, doch ist das Phasendiagramm von Eis längst noch nicht vollständig. Denn obwohl Computersimulationen weitere Strukturen voraussagen, lassen sich diese oftmals nur schwer experimentell realisieren, da die Zeitskalen lang sein können, auf denen Phasenübergänge stattfinden. Auch sind viele Strukturen metastabil und können somit nur über komplexe mehrstufige Präparationsprotokolle hergestellt werden, die zunächst entdeckt werden müssen.

Wir studieren Reorientierungsprozesse von Wassermolekülen in unterschiedlichen Eisphasen mittels der elektrischen Impedanzspektroskopie sowie der Kernspinresonanz. Durch diese Methoden können wir Phasenübergänge beobachten und die Zeitskalen bestimmen, auf denen molekulare Bewegungen stattfinden.

Veröffentlichungen

K. Amann-Winkel, R. Böhmer, C. Gainaru, F. Fujara, B. Geil, T. Loerting, Colloquium: Water´s controversial glass transitions, Rev. Mod. Phys. 88, 011002/1-20 (2016)

K. W. Köster, T. Klocke, F. Wieland, and R. Böhmer, Interplay of defect doping and Bernal-Fowler rules: A simulation study of the dynamics on ice lattices, Phys. Rev. B 96, 134301/1-12 (2017)

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