High pressure properties of rare earth intermetallics studied by synchrotron powder diffraction and ab-initio calculations

Durch dieses FWF-Forschungsprojekt hat sich an der TU Wien eine Arbeitsgruppe etabliert, die über die experimentellen Möglichkeiten und die Erfahrung zur Durchführung von Hochdruck - Röntgendiffraktionsexperimenten an metallischen Verbindungen verfügt. Eine der wichtigsten Eigenschaften des festen Aggregatzustandes ist die Kristallstruktur, d.h. die atomare Anordnung der Atome in der Elementarzelle. Die Bestimmung der Kristallstruktur erfolgt durch Röntgen- bzw. Neutronenstreu - Experimente. Normalerweise erfolgt die Angabe der Kristallstruktur einer Substanz bei Raumtemperatur und bei Normaldruck. In einer Vielzahl von Untersuchungen konnte aber nachgewiesen werden, daß sich die Kristallstruktur beim Erwärmen bzw. Abkühlen ändert und damit ändern sich auch die physikalischen Eigenschaften, wie die Härte, die magnetischen Eigenschaften oder auch die elektrische Leitfähigkeit. Phasenübergänge können aber auch durch das Anlegen von äußeren Drücken induziert werden. Um einen druckinduzierten Übergang und die damit verbundene Symmetrieänderung nachzuweisen, werden Röntgen oder Neutronenstreu- Experimente mit Druckzellen durchgeführt. Die zentrale Problemstellung beim vorliegenden Forschungsprojekt P11581 PHY waren Untersuchungen der Phasenstabilität bei veränderlichen äußeren Drücken. Für Untersuchungen dieser Art werden sogenannte Diamantstempelzellen und (im Idealfall) Synchrotronstrahlung verwendet. Die besonderen Eigenschaften der Synchrotronstrahlung im Vergleich zu herkömmlichen Röntgenquellen (weit höhere Intensität, kürzere Wellenlängen) sind für Experimente mit Diamantstempelzellen von großem Vorteil, da mit sehr kleinen Proben (etwa 50 - 200 m Durchmesser) gearbeitet wird und die Diamanten durchstrahlt werden müssen. Für die Druckexprimente im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde eine Diamantstempelzelle für Drücke bis 20 GPa (200 kbar) gebaut, die vor allem bei Messungen an der ELETTRA Synchrotronquelle in Triest sehr erfolgreich zum Einsatz kam. Weitere Druckexperimente, auch mit Diamantstempelzellen anderer Bauart, wurden an den Synchrotronquellen in Grenoble (ESRF) und Hamburg (DESY) durchgeführt. Als besonderer Erfolg dieses Forschungsprojektes ist sicher zu werten, daß es dem Projektmitarbeiter Dr. Lindbaum gelungen ist, die Ergebnisse der Druckexperimente durch theoretische Rechnungen zu quantifizieren und in einer Reihe von Fällen druckinduzierte Phasenübergänge vorherzusagen. Das verwendete Programmpaket wurde von der Arbeitsgruppe des Projektmitantragstellers Prof. Hafner (Univ. Wien) entwickelt. Ziel der Druckexperimente war es aber auch, die Kompressibilität intermetallischer Verbindungen zu messen und quantitativ zu beschreiben. Eines der interessantesten Ergebnisse dieser Untersuchungen ist, daß die Kompressibilität von Mangan-Verbindungen sehr viel größer ist als vergleichbare Eisen-, Kobalt-, oder Nickel- Verbindungen.