Von Fe-, Ni- und Co-Basierten Heusler- bis zu Hoch-Entropie-Legierungen: Die Rolle der p-d-Hybridisierung und die strukturelle Unordnung beim Strukturellen Phasenübergang

• Antragstellerin: Dr. Olga Miroshkina
• Fachliche Zuordnung: Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539118894

Angesichts des steigenden Energiebedarfs und der Umweltbedenken werden die neuen Funktionsmaterialien mit magnetostrukturellem Phasenübergang unverzichtbar. Diese Materialien können weich- und hartmagnetische Eigenschaften sowie magnetokalorische und Formgedächtniseffekte aufweisen. Um eine breite Anwendung zu ermöglichen, sollten intelligente Funktionsmaterialien umweltfreundlich sein und aus kostengünstigen, reichlich vorhandenen Elementen bestehen. Daher ist die Suche nach solchen Materialien die größte Herausforderung für den Materialwissenschaftler. Das vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, mithilfe der Dichtefunktionaltheorie, Monte-Carlo-Simulationen und Kraftfeldern des maschinellen Lernens neue Materialien mit strukturellem Phasenübergang zu finden, die für die funktionelle Anwendung zwischen komplexen Heusler- und Hochentropielegierungen (high entropy alloys; HEAs) geeignet sind. Um die physikalischen und funktionellen Eigenschaften komplexer magnetischer Materialien zu kontrollieren und abzustimmen, ist es wichtig, ihre elektronische Struktur zu untersuchen. In diesem Projekt wird der besondere Fokus auf die kovalente p-d-Hybridisierung und die Aufklärung der Mechanismen gelegt, die für die Strukturumwandlungen in HEAs verantwortlich sind. Hierzu wäre es interessant, die elektronische Struktur und die Austauschwechselwirkungen mit denen von Heusler-Legierungen zu vergleichen, die (teilweise) geordnet sind. Dies wird es ermöglichen, die Rolle der Störung bei den Strukturübergängen in komplexen magnetischen Materialien zu unterscheiden. Das Ziel besteht darin zu verstehen, warum die Umwandlung in die hdp-Phase in HEAs möglich ist, während bei Heusler-Legierungen kein Übergang in die hexagonale Phase beobachtet wird. Um einen Schritt in diese Richtung zu machen, werden die elektronischen, magnetischen und strukturellen Eigenschaften auf der Nanoskala für komplexe Mehrkomponentenverbindungen theoretisch untersucht, ausgehend von den geordneten Fe-, Ni-, Co-basierten Heusler-Legierungen durch Einführung der Fehlordnung in diese Systeme und endet mit den fünfkomponentigen HEAs, die aus denselben Elementen bestehen. Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, die potenzielle Konkurrenz zwischen Bain- (krz -> kfz) und Burgers- (krz -> hdp) Pfaden in mehrkomponentigen magnetischen Heusler-basierten Legierungen in Abhängigkeit von der Valenzelektronenkonzentration und der Kristallordnung zu verstehen. Als Ergebnis der Projektumsetzung werden komplexe magnetische Mehrkomponentenmaterialien auf der Basis von Fe, Ni und Co vorhergesagt, die strukturelle Phasenübergänge zwischen kfz-, krz- und hdp-Phasen mit hoher Magnetisierung und Curie-Temperatur aufweisen

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen