Professur Physik Dünner Schichten (1993-2015)
Ternäre Aluminiumlegierungen

Ternäre Aluminium-Übergangsmetall-Legierungen

In Erweiterung der Untersuchungen der Al-Legierungen wurden auch ternäre Systeme betrachtet. Dort existieren weitere Freiheitsgrade für die Optimierung des Resonanzen. Hierbei wurden von uns die Systeme untersucht, die in den geordneten Phasen zu den Quasikristallen bzw. zu den sog. (Halb-)Heusler-Legierungen gehören.

(Halb-)Heusler-Legierungen

Heusler-Strukturen sind kristalline Phasen der allgemeinen Zusammensetzung X2YZ, sie kristallisieren in der Cu2MnAl-Struktur (Raumgruppe Fm3m). X und Y sind meist Übergangsmetall-Elemente, manchmal kann Y auch ein Seltenerd-Element sein. Z ist ein nichtmagnetisches Metall oder ein Nichtmetall. Diese kubische Struktur zeichnet sich durch vier gegeneinander verschobene fcc-Gitter aus. Die Besetzung der Atompositionen ergibt sich aus den Elektronegativitäten. X hat die höhere Elektronegativität (bedingt durch seine Eigenschaft als schwereres und kleineres Element) und besetzt die 8c-Positionen [1/4,1/4,1/4]. Y als leichteres Element und Z besetzen die 4b [1/2,1/2,1/2] oder 4a-Positionen [0,0,0] (siehe untenstehende Abbildung). Beide Positionen sind kristallographisch nicht unterscheidbar und haben dieselben Symmetrieelemente.

Heusler-Struktur

Halb-Heusler-Phasen weisen eine allgemeine Zusammensetzung XYZ und damit nur drei gegeneinander verschobene fcc-Gitter auf. Die Phasen AgAsMg und LiAlSi gelten als Prototypen. Bezogen auf die in unserer Arbeit verwendeten Elemente besetzen das schwerere und kleinere 3d-Metall die 4c-Positionen [1/4,1/4,1/4] in der geordneten Halb-Heusler-Struktur (F43m). Das leichtere und größere Metall und das Metalloid besetzen die 4b-Positionen [1/2,1/2,1/2] oder befinden sich auf den 4a-Positionen [0,0,0].

Heusler- und Halb-Heusler-Phasen sind also intermetallische Phasen, die aufgrund ihrer Zusammensetzung typische metallische Eigenschaften erwarten lassen sollten.

Wir stellen diese Phasen (mit X und Y als Übergangsmetalle der 4. Periode; Sc, Ti, V...Cu, Zn und Z=Aluminium) im Zusammenhang mit einer allgemeinen Untersuchung der Entwicklung von geordneten Strukturen aus dem ungeordenten, amorphen Zustand her (vgl. bspw. Zitat Martin Stiehler) und tempern sie bis in die o.g. kristalline Phase. Dabei werden diese speziellen Phasen, die technologisch für Spinfilter- bzw. Formgedächnis-Anwendungen interessant sind, eingebettet in eine Reihe von Legierungen, bei denen wir mit dem binären System „frühes“ ÜM-Al starten und sukzessive das „späte“ Übergangsmetall hineinlegieren. Der elektrische Widerstand und die Thermokraft als Kenngrößen des elektronischen Transports werden in situ von T=4K bis Raumtemperatur gemessen. Zum Vergleich mit der Entwicklung der statischen Struktur wird ex situ durch Elektronenbeugung der Strukturfaktor der entstandenen Schichten bestimmt.