Untersuchungen zur Natur der Laves-Phasen in Systemen der Übergangsmetalle

Laves-Phasen sind intermetallische Verbindungen der Zusammensetzung AB2, die in den Strukturtypen C14 (MgZn2), C15 (MgCu2), C36 (MgNi2) oder deren Abkömmlingen kristallisieren. Diese sind Polytypen mit einem gemeinsamen grundlegenden Strukturmuster. Insgesamt sind über 1400 binäre und ternäre Laves-Phasen bekannt. Sie stellen damit die größte Gruppe der bislang bekannten intermetallischen Verbindungen dar. Laves-Phasen wurden intensiv untersucht um grundlegende Aspekte der Phasenstabilität zu verstehen. Geometrische und elektronische Faktoren haben sich in ihrer Vorhersagekraft bezüglich des Auftretens und der Stabilität einer Laves-Phase aber nur in wenigen Fällen als hilfreich erwiesen. Das Auftreten von Homogenitätsbereichen und damit einhergehender struktureller Defekte ist in den meisten Fällen immer noch unklar und spiegelt grundsätzliche Probleme in der Chemie intermetallischer Verbindungen wider: Das unvollständige Bild der chemischen Bindung, die Tendenz zur Bildung ausgedehnter Homogenitätsbereiche sowie der Einfluss von Minoritätskomponenten auf Struktur und Phasenstabilität ist bei intermetallischen Verbindungen größer als bei vielen anderen Verbindungsklassen. Daher sind die Informationen über Struktur, Stabiblität und physikalische Eigenschaften intermetallischer Verbindungen im Allgemeinen unvollständig und mitunter unzuverlässig oder widersprüchlich. Um diese Probleme anzugehen wurden in dieser Arbeit Laves-Phasen in den Systemen Nb--TM (TM = Cr, Mn, Fe, Co) und Nb--Cr--TM (TM = Co, Ni) als Modellsysteme ausgewählt. Das Ziel der Untersuchung ist, das Wechselspiel zwischen chemischer Bindung, Struktur und Phasenstabilität für die Laves-Phasen auf der Grundlage genauer experimenteller Daten sowie quantenmechanischer Rechnungen zu beleuchten. Die Untersuchungen des binären Systems Nb--Co nehmen hier eine Schlüsselposition ein. Eine Neubestimmung des Phasendiagramms des Systems Nb--Co im Bereich der Laves-Phasen bestätigt die Existenz von Phasen mit C14-, C15- und C36-Struktur. Dabei wurden schmale Zweiphasenfelder C15 + C36 und C15 + C14 sowie ein schmaler, aber signifikanter Homogenitätsbereich der C36-Phase experimentell nachgewiesen. Die Kristallstrukturen von C36-Nb(1-x)Co(2+x) (x = 0,265), C15-Nb(1-x)Co(2+x) (x = 0,12), C15-NbCo2 und C14-Nb(1+x)Co(2-x) (x = 0,07) wurden mittels Einkristall-Röntgenstrukturanalyse verfeinert. Im Falle von C36-Nb(1-x)Co(2+x) (x = 0,265) und C15-Nb(1-x)Co(2+x) (x = 0,12) wird bestätigt, dass der Homogenitätsbereich durch Substitution von Nb durch Co erzeugt wird. Im Fall von C14-Nb(1+x)Co(2-x) werden Abweichungen von der Zusammensetzung NbCo2 durch Substitution von Co durch überschüssiges Nb erzeugt, wobei nur eine der beiden Co-Lagen gemischt besetzt wird. Quantenmechanische Rechnungen zeigen, dass dieses Besetzungsmuster energetisch bevorzugt ist. Weder mittels Röntgenbeugung noch mittels hochauflösender Elektronenmikroskopie und Elektronenbeugeng wurden Ordnungsvarianten oder Stapelvarianten der Laves-Phasen beobachtet. In der Kristallstruktur von C36-Nb(1-x)Co(2+x) (x = 0,265) ist mehr als ein Viertel des Nb durch überschüssiges Co ersetzt. Von zwei kristallographischen Nb-Lagen wird eine bevorzugt von Co besetzt, so dass sich der Co-Anteil der beiden Lagen etwa wie 2:1 verhält. Co-Antistrukturatome sind relativ zu der Nb-Position verschoben. Triebkraft dieser Verschiebungen ist die Bildung von Nb--Co-Kontakten innerhalb der A-Teilstruktur. Gemischte Besetzung der Nb-Lagen, die Verteilung der Co-Antistrukturatome und mit der Substitution einhergehende Verzerrungen führen zu einer komplizierten Realstruktur. Zur Beschreibung der elektronischen Struktur von C36-Nb(1-x)Co(2+x) (x = 0,265) werden daher verschiedene Modelle verwendet, die Tendenzen sowohl zur beobachteten Mischbesetzung als auch zur Verzerrung der Kristallstruktur aufzeigen. Die elektronische Struktur und chemische Bindung von C14-, C15- und C36-NbCo2 wurde vergleichend untersucht. Berechnungen der Gesamtenergie zeigen sehr geringe Energiedifferenzen zwischen den drei Strukturen, die mit einer sehr ähnlichen Bindungssituation der Polytypen im Einklang ist. In den Systemen Nb--Cr und Nb--Fe wurde der Verlauf der Gitterparameter innerhalb des gesamten Homogenitätsbereichs der Laves-Phase bei ausgewählten Temperaturen untersucht. Die Kristallstrukturen von C15-NbCr2 und C14-NbFe2 wurden erstmals verfeinert. Vorläufige Untersuchungen bestätigen die Existenz von zwei Hochtemperaturmodifikationen (C14 und C36) von NbCr2. Im System Nb--Mn wurde die Mn-reiche Seite des Homogenitätsbereichs bei 800 °C und 1100 °C an aus zweiphasigen (Mn(Nb) + C14) Präparaten isolierten Einkristallen untersucht. Bei 800 °C wird ein Kristall der Zusammensetzung NbMn2 erhalten, während bei 1100 °C ausgeprägte Löslichkeit von Mn in der C14-Phase beobachtet wird. Die Summenformel kann als Nb(1-x)Mn(2+x) (x = 0,13) geschrieben werden. Die Substitution von Nb durch Mn führt zu Verschiebungen der Antistrukturatome bezüglich der Nb-Lagen und damit zur Bildung kurzer Nb--Mn-Abstände. In den ternären Systemen Nb--Cr--Co und Nb--Cr--Ni wurden die Kristallstrukturen der C14-Phasen C14-Nb(Cr(1-x)Co(x))2 und C14-Nb(Cr(1-x)Ni(x))2 am Einkristall untersucht. Neben den auch für die binären C14-Phasen beobachteten Verzerrungen zeigen die Kristallstrukturen eine teilweise geordnete Verteilung von Cr und Co bzw. Cr und Ni auf die beiden kristallographischen Lagen der B-Teilstruktur. Die bevorzugte Besetzung wurde auf der Grundlage von Extended-Hückel-Rechnungen untersucht. Zwar können diese Rechnungen kein quantitatives Bild liefern, jedoch werden Tendenzen im System Nb--Cr--Co richtig wiedergegeben. Im System Nb--Cr--Ni liefern die Rechnungen jedoch dem Experiment widersprechende Ergebnisse. Die Vorhersagekraft der Methode ist also begrenzt. Vergleichende Untersuchungen der Reihe NbTM2, TM = Cr, Mn, Fe, Co mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie und Bandstrukturrechnungen zeigen, dass die chemische Bindung der untersuchten Verbindungen im wesentlichen ähnlich ist, aber dass durchaus Entwicklungen innerhalb der Reihe festgestellt werden können. Diese Entwicklung wird besonders in der Verzerrung der C14-Phasen und hier speziell der B-Teilstruktur deutlich, die in den experimentell zugänglichen C14-Phasen in NbMn2 deutlicher ausgeprägt ist als in NbFe2. Analysen der chemischen Bindung mit Hilfe der COHP-Methoden zeigen eine ähnliche Tendenz zur Verzerrung, die vereinfacht auch als Funktion der Valenzelektronenkonzentration aufgefasst werden kann. Berechnungen der Gesamtenergie unterstützen diese Interpretation. Im Gesamtbild der elektronischen Struktur ist eine leichte Zunahme des ionischen Bindungsanteils von TM = Cr zu TM = Co zu erkennen. Die Natur der Laves-Phasen in Systemen der Übergangsmetalle ist ein sehr vielschichtiges Problem, das weiterhin intensive und interdisziplinäre Forschung erfordert. Insbesondere mit der Charakterisierung nichtstöchiometrischer Laves-Phasen wurden aber bereits wichtige Beiträge zum Verständnis der Bildung der Homogenitätsbereiche erarbeitet

The trajectory of anti-recEm18 antibody levels determines follow-up after curative resection of hepatic alveolar echinococcosis.

INTRODUCTION Recurrence after curative resection of hepatic alveolar echinococcosis remains a clinical challenge. The current study tested if assessment of anti-recEm18 allows for postsurgical patient surveillance. METHODS A retrospective study with patients undergoing liver resection for alveolar echinococcosis (n = 88) at the University Hospital Bern from 2002 to 2020 and at the University Hospital and Medical Center Ulm from 2011 to 2017 was performed. Analysis was directed to determine a potential association of pre- and postoperative values of anti-recEm18 with clinical outcomes. RESULTS Anti-recEm18 had a linear correlation to the maximum lesion diameter (R2 = 0.558). Three trajectories of anti-recEm18 were identified based on a threshold of 10 AU/ml: "Em18-low" (n = 31), "responders" (n = 53) and "residual disease" (n = 4). The decline of anti-recEm18 in "responders" reached a plateau after 10.9 months at which levels decreased by 90%. The only patient with recurrence in the entire population was also the only patient with a secondary increase of anti-recEm18. CONCLUSION In patients with preoperative elevated values, anti-recEm18 confirms curative surgery at 12 months follow-up and allows for long-term surveillance

Absence of Two-Dimensional Bragg Glasses

The stability to dislocations of the elastic phase, or ``Bragg glass'', of a randomly pinned elastic medium in two dimensions is studied using the minimum-cost-flow algorithm for a disordered fully-packed loop model. The elastic phase is found to be unstable to dislocations due to the quenched disorder. The energetics of dislocations are discussed within the framework of renormalization group predictions as well as in terms of a domain wall picture.Comment: 5 pages, REVTEX, 3 figures included. Further information can be obtained from [email protected]

Mode-locking in ac-driven vortex lattices with random pinning

We find mode-locking steps in simulated current-voltage characteristics of ac-driven vortex lattices with {\it random} pinning. For low frequencies there is mode-locking above a finite ac force amplitude, while for large frequencies there is mode-locking for any small ac force. This is correlated with the nature of temporal order in the different regimes in the absence of ac drive. The mode-locked state is a frozen solid pinned in the moving reference of frame, and the depinning from the step shows plastic flow and hysteresis.Comment: 4 pages, 4 figure

Quantum Collective Creep: a Quasiclassical Langevin Equation Approach

The dynamics of an elastic medium driven through a random medium by a small applied force is investigated in the low-temperature limit where quantum fluctuations dominate. The motion proceeds via tunneling of segments of the manifold through barriers whose size grows with decreasing driving force $f$. In the limit of small drive, at zero-temperature the average velocity has the form $v\propto\exp[-{\rm const.}/\hbar^{\alpha} f^{\mu}]$. For strongly dissipative dynamics, there is a wide range of forces where the dissipation dominates and the velocity--force characteristics takes the form $v\propto\exp[-S(f)/\hbar]$, with $S(f)\propto 1/ f^{(d+2\zeta)/(2-\zeta)}$ the action for a typical tunneling event, the force dependence being determined by the roughness exponent $\zeta$ of the $d$-dimensional manifold. This result agrees with the one obtained via simple scaling considerations. Surprisingly, for asymptotically low forces or for the case when the massive dynamics is dominant, the resulting quantum creep law is {\it not} of the usual form with a rate proportional to $\exp[-S(f)/\hbar]$; rather we find $v\propto \exp\{-[S(f)/\hbar]^2\}$ corresponding to $\alpha=2$ and $\mu= 2(d+2\zeta-1)/(2-\zeta)$, with $\mu/2$ the naive scaling exponent for massive dynamics. Our analysis is based on the quasi-classical Langevin approximation with a noise obeying the quantum fluctuation--dissipation theorem. The many space and time scales involved in the dynamics are treated via a functional renormalization group analysis related to that used previously to treat the classical dynamics of such systems. Various potential difficulties with these approaches to the multi-scale dynamics -- both classical and quantum -- are raised and questions about the validity of the results are discussed.Comment: RevTeX, 30 pages, 8 figures inserte

Multi-vendor standardized sequence for edited magnetic resonance spectroscopy

Spectral editing allows direct measurement of low-concentration metabolites, such as GABA, glutathione (GSH) and lactate (Lac), relevant for understanding brain (patho)physiology. The most widely used spectral editing technique is MEGA-PRESS, which has been diversely implemented across research sites and vendors, resulting in variations in the final resolved edited signal. In this paper, we describe an effort to develop a new universal MEGA-PRESS sequence with HERMES functionality for the major MR vendor platforms with standardized RF pulse shapes, durations, amplitudes and timings. New RF pulses were generated for the universal sequence. Phantom experiments were conducted on Philips, Siemens, GE and Canon 3 T MRI scanners using 32-channel head coils. In vivo experiments were performed on the same six subjects on Philips and Siemens scanners, and on two additional subjects, one on GE and one on Canon scanners. On each platform, edited MRS experiments were conducted with the vendor-native and universal MEGA-PRESS sequences for GABA (TE = 68 ms) and Lac editing (TE = 140 ms). Additionally, HERMES for GABA and GSH was performed using the universal sequence at TE = 80 ms. The universal sequence improves inter-vendor similarity of GABA-edited and Lac-edited MEGA-PRESS spectra. The universal HERMES sequence yields both GABA- and GSH-edited spectra with negligible levels of crosstalk on all four platforms, and with strong agreement among vendors for both edited spectra. In vivo GABA+/Cr, Lac/Cr and GSH/Cr ratios showed relatively low variation between scanners using the universal sequence. In conclusion, phantom and in vivo experiments demonstrate successful implementation of the universal sequence across all four major vendors, allowing editing of several metabolites across a range of TEs.publishedVersio

Mode-locking in driven vortex lattices with transverse ac-drive and random pinning

We find mode-locking steps in simulated current-voltage characteristics of driven vortex lattices with {\it random} pinning when an applied ac-current is {\it perpendicular} to the dc-current. For low frequencies there is mode-locking only above a non-zero threshold ac force amplitude, while for large frequencies there is mode-locking for any small ac force. This is consistent with the nature of {\it transverse} temporal order in the different regimes in the absence of an applied ac-drive. For large frequencies the magnitude of the fundamental mode-locked step depends linearly with the ac force amplitude.Comment: 4 pages, 4 figures, .tar.gz fil

Exact multilocal renormalization on the effective action : application to the random sine Gordon model statics and non-equilibrium dynamics

We extend the exact multilocal renormalization group (RG) method to study the flow of the effective action functional. This important physical quantity satisfies an exact RG equation which is then expanded in multilocal components. Integrating the nonlocal parts yields a closed exact RG equation for the local part, to a given order in the local part. The method is illustrated on the O(N) model by straightforwardly recovering the $\eta$ exponent and scaling functions. Then it is applied to study the glass phase of the Cardy-Ostlund, random phase sine Gordon model near the glass transition temperature. The static correlations and equilibrium dynamical exponent $z$ are recovered and several new results are obtained. The equilibrium two-point scaling functions are obtained. The nonequilibrium, finite momentum, two-time $t,t'$ response and correlations are computed. They are shown to exhibit scaling forms, characterized by novel exponents $\lambda_R \neq \lambda_C$, as well as universal scaling functions that we compute. The fluctuation dissipation ratio is found to be non trivial and of the form $X(q^z (t-t'), t/t')$. Analogies and differences with pure critical models are discussed.Comment: 33 pages, RevTe

Transverse phase-locking in fully frustrated Josephson junction arrays: a new type of fractional giant steps

We study, analytically and numerically, phase locking of driven vortex lattices in fully-frustrated Josephson junction arrays at zero temperature. We consider the case when an ac current is applied {\it perpendicular} to a dc current. We observe phase locking, steps in the current-voltage characteristics, with a dependence on external ac-drive amplitude and frequency qualitatively different from the Shapiro steps, observed when the ac and dc currents are applied in parallel. Further, the critical current increases with increasing transverse ac-drive amplitude, while it decreases for longitudinal ac-drive. The critical current and the phase-locked current step width, increase quadratically with (small) amplitudes of the ac-drive. For larger amplitudes of the transverse ac-signal, we find windows where the critical current is hysteretic, and windows where phase locking is suppressed due to dynamical instabilities. We characterize the dynamical states around the phase-locking interference condition in the $IV$ curve with voltage noise, Lyapunov exponents and Poincar\'e sections. We find that zero temperature phase-locking behavior in large fully frustrated arrays is well described by an effective four plaquette model.Comment: 12 pages, 11 figure