Ladungsdichtewellen in gemischtanionischen Pnictidchalcogeniden der Seltenerdmetalle

• Antragsteller: Dr. Christopher Benndorf
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448091910

Das Projekt setzt sich die Erforschung gemischtanionischer Pnictidchalcogenide der Seltenerdmetalle RE/Pn/Ch (RE = Seltenerdmetall; Pn = P, As, Bi, Sb; Ch = S, Se, Te) mit besonderem Fokus auf das mögliche Auftreten von Ladungsdichtewellen (charge density waves; CDW) zum Ziel. Die zu untersuchenden Verbindungen sind durch einen niederdimensionalen, quasi 2D Aufbau gekennzeichnet, der eine typische Voraussetzung für CDW-Zustände ist. Beispielsweise kristallisieren die äquiatomaren Pnictidchalcogenide REBiTe und RESbS (RE = La- Nd) im schichtartig aufgebauten PbFCl-Typ oder in dessen Verzerrungsvarianten. Die Substanzen zeichnen sich durch eine räumliche Separation der Chalcogenid- und Pnictidanionen aus, sodass keine attraktiven bindenden Wechselwirkungen zwischen diesen Spezies zu beobachten sind. Ihr Aufbau lässt sich als alternierende Abfolge von [RECh+]- und [Pn-]-Schichten auffassen, die vorwiegend über ionische Bindung interagieren. Innerhalb der [Pn-]-Schichten treten die Atome über homoatomare kovalente Bindungen in Wechselwirkung, sodass diese als Polyanionen in Erscheinung treten und innerhalb derer die CDW vermutet werden. Bisherige Untersuchungen weisen darauf hin, dass das Auftreten von CDW-Zuständen maßgeblich durch den elektronischen Beitrag des involvierten Seltenerdmetalls beeinflusst wird, sodass beispielsweise für CeBiTe im Temperaturbereich zwischen 3 und 300 K halbleitendes Verhalten, für NdBiTe hingegen ein Übergang vom Metall zum Halbleiter – ein für CDW-Zustände typisches Phänomen – bei etwa 150 K beobachtet werden konnte. Das Projekt zielt neben der systematischen Suche nach neuartigen Pnictidchalcogeniden der Seltenerdmetalle mit CDW-Zuständen auf Substitutionsversuche aller Komponenten an bereits entdeckten Phasen ab, wobei durch Manipulation des Fermi-Niveaus und somit der elektronischen Struktur das Auftreten von CDW erzwungen werden soll. Der Nachweis von möglichen CDW-Zuständen wird synergistisch durch temperaturabhängige Beugungsexperimente an Einkristallen und Pulvern unter Nutzung von Röntgen- und Synchrotronstrahlung sowie von Elektronen im Transmissionselektronenmikroskop (TEM) erfolgen. Parallel werden die Proben anhand temperaturabhängiger Messungen ihres elektrischen Widerstandes, ihrer Wärmekapazität sowie ggf. ihrer magnetischen Suszeptibilität charakterisiert. Die Struktur mikrokristalliner Präparate wird mit Hilfe von Elektronenkristallographie im TEM aufgeklärt. Die durch das Projekt erhaltenen wissenschaftlichen Ergebnisse werden die Grundlage fortführender Untersuchungen von CDW-Leitern bilden und den Stand der Forschung zum strukturellen Ursprung von CDW mit besonderem Fokus auf kristall- und festkörperchemische Aspekte vorantreiben..

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen