Magnetokristalline und strukturelle Phasenumwandlungen der Verbindungen MOCl (M = Ti, V, Cr, Fe) in Abhängigkeit von Druck und Temperatur.

• Antragsteller: Professor Dr. Sander van Smaalen
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 386411512

Verbindungen MOCl (M = Ti, V, Cr, Fe) sind isostrukturelle Schichtverbindungen, wobei die M3+ Ionen ein für jedes Element anderes magnetisches Moment besitzen. Verbindungen MOCl mit M = V, Cr oder Fe zeigen beim Abkühlen antiferromagnetische Phasenumwandlungen mit starker magnetokristalliner Kopplung und inkommensurablen und kommensurablen Überstrukturen. In TiOCl liegen magnetische Wechselwirkungen zwischen den Ti3+ Ionen nur entlang Ketten von Ti3+ Ionen vor. Durch diese quasi-1-dimensionalen (1D) magnetischen Ketten ist das Verhalten von TiOCl essentiell anders als das Verhalten der anderen MOCl: TiOCl transformiert bei tiefen Temperaturen in einen spin-Peierls Zustand. Bei Hochdruck zeigen Verbindungen MOCl ähnliche strukturelle Phasenumwandlungen, welche mit der Optimierung der Packung der Chloratome in den Van-der-Waals-Lücken zwischen den Schichten MOCl zusammenhängen. In diesem Projekt soll Röntgenbeugung benutzt werden, um bei tiefen Temperaturen die Druckabhängigkeit der magnetokristallinen Phasenumwandlungen in MOCl (M = V, Cr, Fe) zu bestimmen. Neben Druckabhängigkeit der Sprungtemperatur sollen die Beugungsexperimente, insbesondere die Druckabhängigkeit der strukturellen Verzerrungen der magnetisch geordneten Phasen ergeben. Magnetostrukturelle Phasenumwandlungen der modulierten Hochdruckphasen sollen mit Tieftemperaturexperimenten bei Drücken höher als 15 GPa untersucht werden. Die Druckabhängigkeit der modulierten Kristallstruktur in CrOCl ergibt die einzigartige Möglichkeit, eine magnetostrukturelle Ordnung in Abhängigkeit dieser Modulation zu bestimmen. Bisherige Erkenntnisse haben gezeigt, dass bei Raumtemperatur sowohl die spin-Peierls als auch die strukturelle Phasenumwandlung von TiOCl bei einem Druck von etwa 15 GPa stattfinden. Röntgenbeugung in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck soll benutzt werden, um zunächst die Druckabhängigkeit der spin-Peierls Umwandlung zu bestimmen. Bei höheren Drücken soll der Einfluss der strukturellen Umwandlung auf die magnetostrukturelle Ordnung aufgezeigt werden. Die Ergebnisse sollen zum Verständnis der Wechselwirkung zwischen Magnetismus und Kristallstruktur beitragen. Von Bedeutung dabei ist, dass das magnetische Moment und die belegten Orbitale innerhalb eines Strukturtyps durch die Wahl von M = Ti, V, Cr, Fe variiert werden kann, während Druck zu einer kontinuierlichen Variation der Struktur, einschließlich einer kontinuierlich wachsenden Modulation führt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen