Optische- und Röntgenabsorptions-Spektroskopie des druckinduzierten Spinüberganges von Fe2+ in natürlichen Phosphaten der Triphylit-Lithiophilit Serie, Li (Fex2+Mn1-x2+)[PO4]

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Monika Koch-Müller; Professor Dr. Max Wilke
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299443200

Natürliche Minerale der Triphylit-Lithiophilit Serie, M1[6]LiM2[6](Fex2+Mn1-x2+)[PO4], werden mit Hilfe von optischer Absorption- (UV/VIS/NIR/MIR) und Röntgenabsorptions-Spektroskopie unter hohen Drücken untersucht. Das Ziel ist, detailliert die Entwicklung der Spektren bis zu Drücken oberhalb des Überganges vom hoch-Spin (HS) zum niedrig-Spin-Zustand (LS) des Fe2+ zu verfolgen und damit den Mechanismus und die treibenden Kräfte von druckinduzierten Spin-Übergängen in Mineralen mit Übergangsmetallen zu verstehen. Die vorgeschlagenen Minerale sind vorzüglich für diese Untersuchungen geeignet. Spektren im UV/VIS/NIR Bereich bestehen aus einer aufgespaltenen Spin-erlaubten dd-Bande, verursacht vom elektronischen 5T2g nach 5Eg Übergang von oktaedrischem Fe2+(M2) mit Maxima um 9100-9400 cm-1. Mit einer in geeigneter Weise präparierten und optimal in der Diamant-Stempel-Zelle orientierten Probe kann diese Bande sehr verlässlich detektiert und das druckabhängige Verhalten verfolgt werden. Es ist besonders vorteilhaft, dass das Material in einem weiten Spektralbereich vom NIR zum UV (ca. 12000 - 28000 cm-1) vollkommen transparent ist. Besonders hervorzuheben ist, dass die Spektren im hochenergetischen Bereich nicht von einer Fe2+ Absorptionskante beeinflusst werden, die üblicherweise in den bisher untersuchten Mineralen (Siderit, Wüstit, Ferroperiklas und Silikat-Perowskit) mit dem Druck ansteigt und signifikant die Spektrenaufnahme behindert. Wir werden die Daten, die wir mit Hilfe der optischen Spektroskopie erhalten, mit XANES Daten an der Fe-K-Kante und weiteren XANES Spektren, gemessen mit Röntgen-Ramanstreuung, an der Fe M-Kante, Li K-Kante und P L-Kante korrelieren. Die Röntgen-Spektren erlauben es, gleichzeitig einzigartige Einblicke sowohl in die elektronische als auch die lokale Struktur aller Kationen des Minerals zu gewinnen. Die Kombination von optischer Absorption-, FTIR- und Röntgenabsorptions-Spektroskopie ist ein einzigartiges Werkzeug zum besseren Verständnis der Beziehung von elektronischen und strukturellen Übergängen in festen Phasen, welche 3d-Übergangselemente enthalten. Speziell das Verständnis der Korrelation zwischen strukturellen und elektronischen Änderungen bei druckinduzierten Übergängen ist ein zentrales Ziel des Projektes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen