Valenzeffekte in Seltenerdcarbiden: Fluktuation durch Temperatur, Druck und Kristallstruktur

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Ruschewitz
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 194664514

Erdalkalimetallacetylide der Zusammensetzung EAIIC2 (EA = Mg - Ba) sind Isolatoren, während die teilweise in isotypen Strukturen kristallisierenden Seltenerdcarbide SEC2 typisch metallische Eigenschaften zeigen. Dies kann vereinfachend auf ein überschüssiges Leitungselektron gemäß SE3+(C2 2-)(e-) zurückgeführt werden. Genau auf der Grenze zwischen den metallischen Seltenerdcarbiden SEIIIC2 und den Erdalkalimetallacetyliden EAIIC2 befinden sich die Carbide EuC2 und YbC2, da Europium und Ytterbium sowohl in den Oxidationsstufen +2 als auch +3 auftreten können. Im Rahmen des SPP 1166 konnten wir zeigen, dass EuC2 divalentes Europium enthält und halbleitende Eigenschaften hat. Es lassen sich lückenlose Mischkristallreihen mit CaC2, SrC2 und YbC2 darstellen. In diesen tritt Europium ebenfalls divalent auf. Aktuelle Untersuchungen in Zusammenarbeit mit dem MPI FKF (Stuttgart) zeigen, dass unter Druck ein Übergang in den metallischen Zustand erfolgt. YbC2 hingegen muss als ein valenzfluktuierendes Carbid aufgefasst werden, wie Messungen der magnetischen Suszeptibilitäten belegen. Bei ca. 1020 K erfolgt eine Phasenumwandlung mit einem ungewöhnlich großen Volumensprung von DV/V = 19 %. Dies könnte auf einen Übergang zu divalentem Ytterbium hindeuten. Lückenlose Mischkristallreihen lassen sich mit CaC2, SrC2 und EuC2 darstellen. Ungewöhnliche Volumeneffekte wurden insbesondere für Ca1 xYbxC2 beobachtet. XANES-Untersuchungen belegen, dass auf der Ca reichen Seite Yb2+ vorliegt, auf der Yb reichen Seite hingegen Yb3+. Im Projekt sollen diese Effekte im Detail untersucht werden, aber auch auf die Seltenerdcarbide SmC2 und TmC2 sowie Mischkristallreihen mit BaC2 und MgC2 ausgeweitet werden. Ferner wurde die Bildung neuer binärer und ternärer Carbide beobachtet, die ebenfalls genauer charakterisiert werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen