Stabilität und Morphologie von Fest-fest-Phasengrenzen im chemischen und elektrischen Potentialgradienten

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Die spontane Bildung von Mustern in Nichtgleichgewichtssystemen ist ein faszinierendes Phänomen der Natur und stellt eine große wissenschaftliche Herausforderung dar. Selbstorganisation zeigt sich eindrucksvoll in der Natur, aber auch in der unbelebten Welt gibt es zahlreiche Beispiele, wie die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion, Dendritenbildung während der Kristallzucht, die Bénard-Instabilität oder fraktale Strukturen bei der Elektrodeposition von Metallen. Diese Phänomene beinhalten einen Übergang von stabilen in raum- und/oder zeitabhängige Zustände, etwa von stabilen Phasengrenzen in morphologisch instabile. Während morphologische Instabilitäten an Fest/flüssig- und Flüssig/flüssig-Phasengrenzen umfassend untersucht wurden, sind Studien zur Fest/fest-Phasengrenze rar. Heiko Teuber demonstriert, dass auch diese unter bestimmten Bedingungen morphologische Instabilitäten aufweisen kann, exemplifiziert am ionenleitenden System AgCl/CuCl im elektrischen und chemischen Potentialgradienten. Es entstehen fingerartige Strukturen im Mikrometermaßstab, die den Morphologien aus Saffman-Taylor-Experimenten ähneln. Die experimentellen Ergebnisse zeigen diese Morphologien sowohl in zweidimensionalen Schnitten als auch erstmals in dreidimensionaler Sicht auf der instabilen Phasengrenze. Eine lineare Stabilitätsanalyse führt zu einem Stabilitätsdiagramm für die Fest/fest-Phasengrenze, und die Morphologien werden mit früheren Arbeiten, insbeso