Authors:	Casper, Frederick
Title:	Structure and properties of intermetallic ternary rare earth compounds
Online publication date:	23-Jul-2008
Year of first publication:	2008
Language:	english
Abstract:	The so called material science is an always growing field in modern research. For the development of new materials not only the experimental characterization but also theoretical calculation of the electronic structure plays an important role. A class of compounds that has attracted a great deal of attention in recent years is known as REME compounds. These compounds are often referred to with RE designating rare earth, actinide or an element from group 1 - 4, M representing a late transition metal from groups 8 - 12, and E belonging to groups 13 - 15. There are more than 2000 compounds with 1:1:1 stoichiometry belonging to this class of compounds and they offer a broad variety of different structure types. Although many REME compounds are know to exist, mainly only structure and magnetism has been determined for these compounds. In particular, in the field of electronic and transport properties relatively few efforts have been made. The main focus in this study is on compounds crystallizing in MgAgAs and LiGaGe structure. Both structures can only be found among 18 valence electron compounds. The f electrons are localized and therefor not count as valence electrons. A special focus here was also on the magnetoresistance effects and spintronic properties found among the REME compounds. An examination of the following compounds was made: GdAuE (E = In, Cd, Mg), GdPdSb, GdNiSb, REAuSn (RE = Gd, Er, Tm) and RENiBi (RE = Pr, Sm, Gd - Tm, Lu). The experimental results were compared with theoretic band structure calculations. The first half metallic ferromagnet with LiGaGe structure (GdPdSb) was found. All semiconducting REME compounds with MgAgAs structure show giant magnetoresistance (GMR) at low temperatures. The GMR is related to a metal-insulator transition, and the value of the GMR depends on the value of the spin-orbit coupling. Inhomogeneous DyNiBi samples show a small positive MR at low temperature that depends on the amount of metallic impurities. At higher fields the samples show a negative GMR. Inhomogeneous nonmagnetic LuNiBi samples show no negative GMR, but a large positive MR of 27.5% at room temperature, which is interesting for application. Die so genannte Materialkunde ist ein stetig wachsendes Feld in der modernen Wissenschaft. Bei der Entwicklung neuer Materialien spielt neben der experimentellen Charakterisierung die theoretische Berechnung der elektronischen Struktur eine wichtige Rolle. Eine Verbindungsklasse, die in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erregt hat, ist die der so genannten REME Verbindungen. Dabei ist RE ein Seltenenerdelement, ein Actinid oder ein Element der Gruppe 1 - 4, M ein spätes Übergangsmetall der Gruppen 8 - 12 und R gehört den Gruppen 13 - 15 an. Es gibt mehr als 2000 Verbindungen mit 1:1:1 Stöchiometrie, die dieser Verbindungsklasse angehören. Sie kristallisieren in einer enormem Vielzahl von verschiedenen Strukturtypen. Obgleich viele REME Verbindungen bekannt sind, wurde hauptsächlich die Kristallstruktur und die magnetischen Eigenschaften bestimmt. Insbesondere auf den Gebieten der Elektronischen- und Transporteigenschaften sind verhältnismäßig wenige Anstrengungen unternommen worden. Das Hauptinteresse hier liegt auf den Verbindungen, die in der MgAgAs- und LiGaGe- Struktur kristallisieren. Beide Strukturen findet man nur bei REME Verbindungen mit 18 Valenzelektron. Die f Elektronen sind lokalisiert und gelten deswegen nicht als Valenzelektronen. Ein besonderes Interesse galt auch den Magnetwiderstandseffekten, die unter den REME Verbindungen zu finden sind. Folgende Verbindungen wurden untersucht: GdAuE (E = In, Cd, Mg), GdPdSb, GdNiSb, REAuSn (RE = Gd, Er, Tm) und RENiBi (RE = Pr, Sm, Gd - Tm, Lu). Die experimentellen Ergebnisse wurden mit theoretischen Bandstrukturrechnungen verglichen. Dabei wurde zum ersten mal ein halbmetallischer Ferromagnet mit LiGaGe (GdPdSb) Struktur gefunden. Säamtliche halbleitende REME Verbindungen mit MgAgAs Struktur zeigen einen gigantischen Magnetwiderstandseffekt (GMR) bei tiefen Temperaturen. Dieser GMR ist abhängig vom Metall - Halbleiterübergang, und die Größe des GMR hängt mit der Größe der Spin-Bahn Wechselwirkung zusammen. Inhomogene DyNiBi Proben zeigen einen kleinen positiven Magnetwiderstand bei tiefer Temperatur. Dieser Widerstand ist abhängig von der Menge der metallischen Verunreinigung in den Proben. Bei höheren Magnetfeldern zeigen die Proben einen negativen GMR. Inhomogene unmagnetische LuNiBi Proben zeigen keinen negativen GMR, aber einen großen positiven Magnetwiderstand von 27.5% bei Raumtemperatur, was das System interessant für Anwendungen macht.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2606
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-16726
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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