Physical Property Measurement System (PPMS)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Gerät wurde in einer Reihe unterschiedlicher Projekte und Abschlussarbeiten genutzt, welches sich drei unterschiedlichen Forschungsbereichen zuordnen lassen: Funktionale Oberflächen-Nanostrukturen, Niederenergetische Anregungen in metallischen Gläsern und Magnetismus und Magnetokalorik intermetallischer Phasen. Hinsichtlich der magnetischen und magnetokalorischen Eigenschaften lag der Schwerpunkt der Untersuchungen auf Seltenerdmetall-basierten intermetallischen Verbindungen. Als konkrete Materialsysteme wurden ternäre intermetallische Cer-Verbindungen und hydrierte Derivate, intermetallische Magnesium- und Cadmiumverbindungen, intermetallische Lithiumverbindungen zur Anwendung als Batterie-Anodenmaterialien und supraleitende Verbindungen im Bereich der Eisenarsenide und Pnictidoxide sowie thermoelektrische Materialien bearbeitet um diese neuartig synthetisierten Materialien hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften zu charakterisieren. Dazu wurden ac- und dc-Suszeptibilitätsmessungen, elektrische Leitfähigkeitsmessungen, Hall-Messungen, Thermokraft-Untersuchungen sowie Messungen der spezifischen Wärme mit dem PPMS-Gerät durchgeführt. Funktionale Oberflächen-Nanostrukturen wurden zumeist durch die Anwendung von anodisch oxidiertem Aluminiumoxid entweder als Depositionsmaske oder als Depositionscontainer hergestellt und je nach System und Ziel der Untersuchungen wurde das Aluminiumoxid-Templat nach der Deposition der eigentlich interessierenden Nanostruktur entfernt. Hier wurde ein neues Verfahren entwickelt, mit dem ferromagnetische Nanodrähte mit sehr hohen Aspektverhältnissen freistehend in dicht gepackter Anordnung synthetisiert und hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften vermessen werden konnten. Insbesondere die Analyse von amorphen ferromagnetischen Nanodrähten erlaubte Rückschlüsse auf den Einfluss von Formanisotropie und Streufeldern bei derartig dicht gepackten Anordnungen. Darüber hinaus erlaubte die gekoppelte Analyse der magnetischen Eigenschaften und der Mikrostruktur mit elektronenmikroskopischen Methoden die Analyse der Kinetik der Bildung magnetische „Bambus“-Strukturen in nanoskalig eingeschränkten Systemen. Metallische Gläser, wie Gläser aller anderen Bindungstypen auch, zeigen Anregungen im Terraherzbereich, welche eine Anomalie des Verlaufs der temperaturabhängigen spezifischen Wärmekapazität im Bereich weniger zehn Kelvin (den Boson-peak der Wärmekapazität) hervorrufen. Der Ursprung dieser Anregungen wird noch kontrovers diskutiert, jedoch weisen die stärker akzeptierten Modellbeschreibungen auf einen Zusammenhang mit Bereichen weniger starker Bindung (und entsprechend abgesengtem mittlerem elastischem Modul) hin. Analoge Erwartungen existieren für die Bereiche in einem (metallischen) Glas, welche innerhalb der Beschreibung von Schertransformationszonen-Modellen durch äußere Scherspannungsfelder zuerst aktiviert werden und, bei genügend großer räumlicher Anzahldichte, zu einem Scherband perkolieren. Hier wurde dieser Zusammenhang als Ausgangspunkt gewählt und Scherdeformation gezielt eingesetzt, um derartige Bereiche im Glas zu aktivieren. Die anschließenden Messungen der isobaren Wärmekapazität zeigten im Temperaturbereich zwischen 2 K und ca. 40 K, dass der Boson-Wärmekapazitätsbeitrag durch die vorherige plastische Deformation signifikant erhöht worden war. Diese Messungen stellen nach unserem besten Wissen die ersten Untersuchungen zum Boson-peak an deformierten Gläsern dar. Nachfolgende Untersuchungen der Kopplung zwischen Deformation und thermischer Relaxation und deren Auswirkungen auf den Boson-peak haben darüber hinaus ergeben, dass die plastische Deformation irreversible Änderungen im Glas hervorruft, welche sowohl die Relaxationskinetik als auch den gesamten Relaxationspfad verändern und im Rahmen eines Energielandschaftsbildes die Modifizierung des gesamten Metabasins durch die plastische Scherung nahe legen. Diese Aspekte der plastischen Deformation von metallischen Gläsern sind neu und erlauben es, gemeinsam mit struktursensitiven Methoden die lokalen Materialreaktionen auf das Anlegen eines externen mechanischen Spannungsfeldes an ein metallisches Glas detaillierter zu analysieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- “Large-scale highly ordered arrays of freestanding magnetic nanowires” J. Mater. Chem., vol. 22, no. 32, p. 16627, 2012
N. Winkler, J. Leuthold, Y. Lei, and G. Wilde
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1039/C2JM33224H) - "Cerium Valence Change in the Solid Solutions Ce(Rh1–xRux)Sn" Z. Naturforsch., vol. 68b, p. 960, 2013
O. Niehaus, P. M. Abdala, J. F. Riecken, F. Winter, B. Chevalier, R. Pöttgen
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.5560/ZNB.2013-3176) - "Magnetic properties of RE5Ir2X (RE = Y, Gd–Ho, X = Sn, Sb, Pb, Bi) and magnetocaloric characterization of Gd5Ir2X" Solid State Sci., vol. 35, p. 66, 2014
K. Schäfer, C. Schwickert, O. Niehaus, F. Winter, R. Pöttgen
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2014.06.010) - "Thermodynamic and magnetic properties of knorringite garnet (Mg3Cr2Si3O12) based on lowtemperature calorimetry and magnetic susceptibility measurements" Phys. Chem. Minerals, vol. 41, p. 341, 2014
C. H. Wijbrans, O. Niehaus, A. Rohrbach, R. Pöttgen, S. Klemme
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00269-013-0653-x) - “Impact of Plastic Deformation and Shear Band Formation on the Boson Heat Capacity Peak of a Bulk Metallic Glass” Phys. Rev. Lett., vol. 112, no. 13, p. 135901, 2014
Y. P. Mitrofanov, M. Peterlechner, S. V. Divinski, and G. Wilde
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.135901) - “Low Temperature Heat Capacity of a Severely Deformed Metallic Glass” Phys. Rev. Lett., vol. 112, no. 13, p. 135501, 2014
J. Bünz, T. Brink, K. Tsuchiya, F. Meng, G. Wilde, and K. Albe
(Siehe online unter https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.135501) - “Controlling crystallization, phase transformation and magnetic properties of amorphous FeNiP by annealing in nano-confinement” J. Mater. Chem. C.
N. Winkler, M. Peterlechner and G. Wilde
(Siehe online unter https://dx.doi.org/doi:10.1039/C5TC01002K) - “Magnetic properties and magnetocaloric effect in quaternary boroncarbides compound ErNiBC” Physica B, vol. 472, p. 56
Y. Zhang, G. Wilde
(Siehe online unter https://dx.doi.org/doi:10.1016/j.physb.2015.05.017) - “Magnetic properties and magnetocaloric effect in ternary REAgAl (RE = Er and Ho) intermetallic compounds” J. Alloys & Compounds, vol. 619, p. 12, 2015
Y. Zhang, B., Yang, G., Wilde
(Siehe online unter https://dx.doi.org/doi:10.1016/j.jallcom.2014.08.235) - “The impact of elastic and plastic strain on relaxation and crystallization of Pd– Ni–P-based bulk metallic glasses” Acta Mater., vol. 90, pp. 318–329, 2015
Y. P. Mitrofanov, M. Peterlechner, I. Binkowski, M. Y. Zadorozhnyy, I. S. Golovin, S. V. Divinski, and G. Wilde
(Siehe online unter https://dx.doi.org/doi:10.1016/j.actamat.2015.03.001)
