Strukturphänomene

Strukturphänomene bezeichnet man als Phänomene, die aus der räumlichen Organisation von Bausteinen in einem System resultieren. Sie treten in der Festkörperphysik, der Materialwissenschaft, der Chemie und der Biologie auf und betreffen Muster, Ordnungen, Grenzflächen oder das Zusammenwirken von Struktur und Funktion. Struktur ist hier mehr als chemische Zusammensetzung: Sie umfasst Geometrie, Defekte, Textur, Phasen und deren Dynamik.

Zu den statischen Strukturphänomenen zählen Kristallstrukturen und deren Defekte (Vakanzen, Versetzungen), Textur und Grenzflächen, Kristallinität sowie Phasenübergänge, die häufig mit einer Änderung der Ordnung oder Geometrie einhergehen. Dynamische Strukturphänomene umfassen Phononen, Strukturrelaxationen, selbstorganisierte Muster, Domänenbildung, Grenzflächendiffusion und Reorganisation unter äußeren Feldern. Beispiele sind Domänenstrukturen in Ferromagneten, Musterbildung bei der Kristallisation (z. B. spinodale oder dendritische Strukturen) sowie Oberflächen- und Grenzflächeneffekte, die Eigenschaften wie Haftung, Reibung und Diffusion beeinflussen.

Die Struktur hat maßgeblichen Einfluss auf Eigenschaften wie Festigkeit, Leitfähigkeit, Optik und Reaktivität. Dadurch spielen Strukturphänomene eine zentrale Rolle bei der Materialauswahl, dem Design von Bauteilen und der Entwicklung neuer Technologien. Dys- oder Umordnungen in der Struktur können zu Phasenwechseln, veränderten elektrischen oder mechanischen Eigenschaften und veränderter Korrosionsverhalten führen.

Methoden zur Untersuchung von Strukturphänomenen umfassen Beugungstechniken (Röntgen, Neutronen), Elektronenmikroskopie (REM, TEM), spektroskopische Verfahren sowie Oberflächenanalyse. Neben experimentellen Ansätzen werden Strukturphänomene auch mit Computerbau- und Simulationsmethoden wie DFT, Molekulardynamik und Monte-Carlo-Simulationen modelliert.