Ein alternativer Ansatz zur Untersuchung intrinsischer Eigenschaften von Festkörpermaterialien 

26. März 2020

Die physikalischen und chemischen Eigenschaften intermetallischer Verbindungen werden durch die Realstruktur der synthetisierten Materialien bestimmt und stark durch strukturelle Unvollkommenheiten, wie z.B. Verspannung, Versetzungen oder beigemischte Phasen beeinflusst. Dies führt zu widersprüchlichen Berichten zu bekannten und – auf den ersten Blick - ausgiebig untersuchten Materialien. Unter diesen Materialien befindet sich TaGeIr mit der Kristallstruktur vom MgAgAs-Typ. Um den Ursprung der widersprüchlichen Berichte zu TaGeIr verstehen zu können, untersuchten Wissenschaftler am MPI CPfS und der Northwestern University Abweichungen der Kristallstruktur vom idealen MgAgAs-Modell, die Möglichkeit einer non-stöchiometrischen Zusammensetzung (d.h. das Auftreten eines Homogenitäts-Bereichs), den Einfluss der Synthese-Route auf die Realstruktur, sowie metallographische Eigenschaften.

Als ein Ergebnis dieser umfassenden Studie wurde gezeigt, dass die Anwesenheit von weiteren Phasen mit geringem Anteil, die aufgrund der Phasengleichgewichte im ternären System und der selbst nach langen Hitzebehandlung unvollständigen Homogenisierung auftreten, zu extrinsischem metallischem Verhalten sowie zum Auftreten von Supraleitung bei tiefen Temperaturen führt. Um die intrinsischen Eigenschaften von TaGeIr ermitteln zu können, wurden mikroskopische Proben hergestellt (Abb. 1), wodurch die Halbleiter-Eigenschaften von TaGeIr schlüssig nachgewiesen werden konnten. Das dabei beobachtete Verhalten ist im Einklang mit Berechnungen der elektronischen Bandstruktur, in denen nur dann eine Energielücke auftritt, wenn Iridium-Atome in der MgAgAs-Struktur die heterokubische Lage besetzen (Abb. 2). Diese atomare Anordnung wurde in Beugungsexperimenten an Einkristallen bestätigt. Die Größe der Bandlücke wird durch die Mischbesetzung der Ta- und Ge-Positionen beeinflusst.

IA/ES

Aus polykristallinem TaGeIr hergestellte mikroskopische Struktur: (a) Raster-Elektronen-Mikroskop-Aufnahme des synthetisierten Materials mit einphasigen  Bereichen von TaGeIr (orange Rechtecke); (b) mm-Messanordnung  für Widerstandsuntersuchungen, und (c) Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands, die den Halbleiter-Charakter von TaGeIr zeigt.
Elektronische Zustandsdichte für die TaGeIr-Modelle mit Ir-, Ge- und Ta-Atomen auf den heterokubischen 4c Wyckoff-Positionen und die entsprechenden atomaren Anordnungen.
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