Quantum-chemical and bond-theoretical investigations of complex (ternary and higher) itinerant transition-metal alloys and borides
Final Report Abstract
Mit dem Projekt “Quantum-chemical and bond-theoretical investigations of complex (ternary and higher) itinerant transition-metal alloys and borides” ging es uns darum, ein tragfähiges chemisches Verständnis einer ganzen Reihe von komplexen intermetallischen und isostrukturellen Boriden der Summenformel M2M’Ru5–xRhxB2 zu erarbeiten. Es ist uns gelungen, die magnetischen Eigenschaften dieser Verbindungen als Funktion der Valenzelektronenkonzentration zu erklären, und zwar in feinsten Abstufungen innerhalb eines kompositionell klar vorgegebenen Rahmens. Der Befund eines Slater-Pauling-Verhaltens für diese quaternären Phasen kam für uns gänzlich unerwartet, doch paßt er im nachhinein gut zu den restlichen intermetallischen Systemen. Es wurden eine ganze Reihe von Phasen vorhergesagt, von denen viele bereits synthetisiert worden sind (größtenteils unveröffentlicht, Arbeitsgruppe Priv.-Doz. Dr. Fokwa, Aachen). Im anderen, erheblich aufwendigeren Teil des Projekts haben wir uns zum Ziel gesetzt, die elektronische Struktur von 810 möglichen Heusler-Phasen zu berechnen; dieses Ziel wurde in Gänze erreicht. Nur zwölf Prozent der Verbindungen sind bereits experimentell beschrieben worden, also konnten wir mittels Stabilitätsberechnungen (theoretische Bildungsenthalpien) eine Vielzahl neuer Phasen und ihre magnetischen Eigenschaften vorhersagen. Wir haben hierfür einen kombinatorisch-theoretischen Zugang gewählt, der mittels graphischer Aufarbeitung periodische Eigenschaftsfluktuationen als Funktion der Zusammensetzung erkennen ließ und unter Einbeziehung der Materialkosten lukrative Syntheseziele ergab. Zusätzlich sind wir im Bereich inverser Heusler-Legierungen auf strukturelle Instabilitäten gestoßen, die in diesem Ausmaß unbekannt sind und experimentell überprüft werden müssen. Durch zuvor nicht planbare Zusammenarbeit haben wir unsere Expertise genutzt, um anderen Arbeitsgruppen bei der Lösung von präparativen bzw. theoretischen Problemen zu helfen, und zwar hinsichtlich der magnetischen Ordnung in metallreichen Chalkogeniden (TlCo2Se2), der magnetischen Strukturbestimmung rutheniumbasierter Gadolinium-Silizidcarbide (GdRu2SiC) und der Kristallstrukturen „metallorganischer“ Ferromagnete (V(TCNE)2).
Publications
- Changes of the magnetic interactions in TlCo2Se2 upon metal substitution, J. Magn. Magn. Mater. 2006, 303, 204
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- Electronic Structure, Chemical Bonding and Magnetic Properties in the Intermetallic Series Sc2Fe(Ru1_xRhx)5B2 from First Principles, Phys. Rev. B 2007, 76, 94404-1
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- Crystal structure, chemical bonding, and magnetic hyperfine interactions in GdRu2SiC, Chem. Mater. 2008, 20, 1381
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- A Combinatorial Study of full Heusler Alloys by First-Principles Computational Methods, J. Comput. Chem. 2009, 30, 1290
M. Gillessen, R. Dronskowski
- Slater-Pauling behavior within quaternary intermetallic borides of the Ti3Co5B2 structure-type, J. Solid State Chem. 2009, 182, 2613
J. Burghaus, R. Dronskowski, G. J. Miller
- A Combinatorial Study of Inverse Heusler Alloys by First-Principles Computational Methods, J. Comput. Chem. 2010, 31, 612
M. Gillessen, R. Dronskowski
