Magnetismus-Tuning in der nicht zentrosymmetrischen chiralen Halbleiter CeRhC2

• Antragsteller: Professor Juri Grin; Volodymyr Levytskyi, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467257848

• Erstellungsjahr: 2025

Zusammenfassung der Projektergebnisse

RRhC2 (R = La, Ce) Halbleiter sind die einzigen Übergangsmetall-Dicarbide der Seltenerdelemente mit chiraler Kristallstruktur (Raumgruppen P41/P43). Das Projekt konzentrierte sich auf die Bestimmung der strukturellen und physikalischen Eigenschaften dieser Verbindungen auf der Enantiomorph-Auflösungs und auf die Untersuchung der Reaktion der magnetischen Eigenschaften der Ce-basierten Verbindung auf gezielte iso- und nicht-isoelektronische Substitutionen an den R- (durch La) und T- (durch Co, Ir, Ru und Pd) Positionen. Anisotropie- und Händigkeit-Einflüsse auf den elektrischen Transport, insbesondere im Magnetfeld, sind wegen möglicher praktisch relevanter Eigenschaften von besonderem Interesse. Die Kombination von präziser Präparation und sorgfältiger Charakterisierung der synthetisierten Materialien (insbesondere unter Anwendung modernster metallographischer Techniken) mit der Herstellung von Mikrobauteilen durch die Technik des fokussierten Ionenstrahls ist das Alleinstellungsmerkmal dieses Projektes und spricht für seine Originalität. Erstmals konnte durch die Charakterisierung des Probenmaterials durch Rückstreuelektronenbeugung (EBSD) die beiden Enantiomorphen von LaRhC2 bestätigt werden, was in voller Übereinstimmung mit den Ergebnissen er Röntgenstrukturanalyse an Einkristallen in der steht. Die aus den elektronischen Strukturrechnungen abgeleiteten Halbleitereigenschaften und die Anisotropie werden durch Messungen des elektrischen Widerstandes an enantiomer-reinen und kristallographisch orientierten Einkristallen verifiziert. Im Gegensatz zum Halbleiter LaRhC2 zeigt CeRhC2 aufgrund der kleineren Energielücke Kondo-Halbleitereigenschaften. Die Ce-haltigen Verbindung zeigt Eigenschaften, die aus dem lokalisierten Charakter des 4f-Elektronenzustands resultieren. Erstmals konnte gezeigt werden, dass die TN von CeRhC2 unabhängig von der kristallographischen Richtung und der Handhabbarkeit des Kristalls ist. Systematische Substitutionsuntersuchungen ergaben entweder eine vollständige Unterdrückung der AFM-Ordnung (Ce durch La bei x > ~0,5) oder eine deutliche Reduktion der TN (insbesondere durch Substitution von Rh durch T = Ru, Pd).

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Crystal, electronic and magnetic structures of a novel series of intergrowth carbometalates R4Co2C3 (R = Y, Gd, Tb). Dalton Transactions, 50(12), 4202-4209.
  Levytskyi, Volodymyr; Isnard, Olivier; Kremer, Reinhard K.; Babizhetskyy, Volodymyr; Fontaine, Bruno; Rocquefelte, Xavier; Halet, Jean-François & Gumeniuk, Roman
  
• New intermetallics R1+xZr1−xNi (R = Er–Tm, x ~ 0.5) with the TiNiSi type of structure. Intermetallics, 137, 107279.
  Babizhetskyy, Volodymyr; Köhler, Jürgen; Myakush, Oksana; Smetana, Volodymyr; Levytskyi, Volodymyr & Mudring, Anja-Verena
  
• Sc3Ir4Si13+x and Sc4Ir7Ge6 – the perovskite-related crystal structures. Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials, 236(11-12), 313-323.
  Levytskyi, Volodymyr; Wagler, Jörg; Hennig, Christoph; Feig, Manuel; Weigel, Tina; Leithe-Jasper, Andreas; Meyer, Dirk C. & Gumeniuk, Roman
  
• Valence fluctuations in the 3D + 3 modulated Yb3Co4Ge13 Remeika phase. Dalton Transactions, 50(38), 13580-13590.
  Feig, Manuel; Akselrud, Lev; Motylenko, Mykhaylo; Bobnar, Matej; Wagler, Jörg; Kvashnina, Kristina O.; Levytskyi, Volodymyr; Rafaja, David; Leithe-Jasper, Andreas & Gumeniuk, Roman
  
• Composition dependent polymorphism and superconductivity in Y3+x{Rh,Ir}4Ge13−x. Dalton Transactions, 51(12), 4734-4748.
  Feig, Manuel; Carrillo-Cabrera, Wilder; Bobnar, Matej; Simon, Paul; Curfs, Caroline; Levytskyi, Volodymyr; Tsirlin, Alexander A.; Leithe-Jasper, Andreas & Gumeniuk, Roman
  
• Crystal, electronic structure and physical properties of U3Rh4Ge13 and Th2Rh3Ge5. Journal of Alloys and Compounds, 911, 165017.
  Levytskyi, Volodymyr; Svanidze, Eteri; Leithe-Jasper, Andreas & Gumeniuk, Roman
  
• Superconductivity of structurally disordered Y5Ir6Sn18. Dalton Transactions, 51(26), 10036-10046.
  Levytskyi, Volodymyr; Carrillo-Cabrera, Wilder; Akselrud, Lev; Kundys, Bohdan; Leithe-Jasper, Andreas & Gumeniuk, Roman
  
• Magnetism, electrical and thermal transport in R2Ni5C3 (R = La-Nd, Sm, Gd, Tb). Journal of Alloys and Compounds, 969, 172411.
  Levytskyi, Volodymyr; Babizhetskyy, Volodymyr; Isnard, Olivier & Gumeniuk, Roman
  
• New carbide ErC: synthesis, crystal and electronic structure, magnetic properties. Coll. Abstr. XV Internat. Conf. Cryst. Chem. Intermet. Compds. (September 25–27, 2023), Lviv, Ukraine, 2023
  Levytskyi V., Babizhetskyy V., Kotur B., Svitlyk V., Hennig C. & Gumeniuk R.
  
• Thermoelectric properties and scattering mechanisms in natural PbS. Physical Review B, 107(19).
  Zuñiga-Puelles, Esteban; Levytskyi, Volodymyr; Özden, Ayberk; Gürel, Tanju; Bulut, Nebahat; Himcinschi, Cameliu; Sevik, Cem; Kortus, Jens & Gumeniuk, Roman
  
• Yb₃Rh₄Sn₁₃ : Two-gap superconductor with a complex Fermi surface. Physical Review B, 108(21).
  Gumeniuk, Roman; Levytskyi, Volodymyr; Kundys, Bohdan & Leithe-Jasper, Andreas
  
• Bulk physical properties and enantiomorph-resolved electrical transport of chiral narrow-band semiconductors RRhC2 (R = La, Ce). Book Abstr. Progr. 24th Internat. Conf. Solid Compd. Trans. Elements (June 17-21, 2024), Prague, Czechia, 2024
  Levytskyi V., Burkhardt U., König M., Svanidze E., Grin Y. & Gumeniuk R.
  
• Evolution of charge density wave order in continuous solid solutions Lu(Ni1-Co )C2. Journal of Alloys and Compounds, 980, 173631.
  Michor, Herwig; Roman, Marta; Reisinger, Lisa; Fritthum, Maria; Schmelzenbart, Jana; Vock, Alexander; Levytskyi, Volodymyr; Babizhetskyy, Volodymyr & Kotur, Bogdan
  
• Low-temperature physical properties of the ����2Ni5C3 (���� = La-Nd, Sm, Gd, Tb) “interstitial” carbides. Progr. Abs. 87th Ann. Conf. DPG and DPG Spring Meeting (March 17-22, 2024), Berlin, Germany, 2024
  Levytskyi V., Babizhetskyy V., Isnard O. & Gumeniuk R.
  
• Structural and magnetic properties of the chiral solid solution La1-xCexRhC2. Book Abstr. Progr. 24th Internat. Conf. Solid Compd. Trans. Elements (June 17-21, 2024), Prague, Czechia, 2024
  Levytskyi V., Burkhardt U., König M., Svanidze E., Grin Y. & Gumeniuk R.
  
• Low temperature thermoelectric properties of the chiral phases RRhC2 (R = Ce, La), 41st Internat. Conf. Thermoelectrics & 7th Asian Conf. Thermoelectrics (June 15-19, 2025), Sendai, Japan, 2025
  Burkhardt U., Levytskyi V., König M., Svanidze E., Grin Y. & Gumeniuk R.