Einfluss von Dotierstoffen auf die Dynamik von Eisphasen

Abstract

Wasser zählt trotz seines simplen Aufbaus zu den sonderbarsten Stoffen, die wir auf unserem Planeten Erde oder vielleicht sogar im gesamten Universum kennen. Abhängig von äußeren Konditionen wie Druck und Temperatur können unterschiedliche Phasen von Eis erzeugt werden. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieser Arbeit sind bereits 18 kristalline Modifikationen bekannt und es werden noch weitere erwartet. Diese Dissertation befasst sich im speziellen mit dem Einfluss von Dotierstoffen auf die Dynamik in Hochdruckeisphasen. Mithilfe der dielektrischen Spektroskopie wird die Effizienz der Dotierstoffe HCl, HF, HBr, KOH, NaOH und NH3 auf die Dynamik der kristallinen Hochdruckphasen Eis V und Eis XII, sowie den daraus entstehenden niederdichten kubischen und hexagonalen Eisphasen unter Normaldruck untersucht. Ordnungs-/ Unordnungsübergänge werden erst durch die Hinzugabe bestimmter Dotierstoffe ermöglicht, indem die Dynamik der Eisproben bei Temperaturen unterhalb von 110 K hinreichend erhöht wird. Ferner werden die Ergebnisse dieser Arbeit mit den Relaxationszeiten anderer Eisphasen in Zusammenhang gebracht. Des Weiteren wird das Phasenumwandlungsverhalten vom kubischen zum hexagonalen Eis für dotierte und undotierte Eisproben untersucht. Um die unterschiedlichen Wirkungsweisen der Dotierstoffe auf mikroskopischer Ebene zu verstehen werden Random-Walk-Simulationen auf zwei- und dreidimensionalen Eisgittern mit zusätzlichen Eisregeln vorgestellt. In diesen Simulationen können Unterschiede über die Wechselwirkungen der verschiedenen Defektpaare, die durch die Dotierung erzeugt werden, untersucht werden.