Übergangsmetalloxide zeichnen sich durch eine Vielzahl unterschiedlicher magnetischer und elektrischer Eigenschaften aus. Diese sind von großem Interesse, da sie die Grundlage für Anwendungen in der Industrie, Medizin und Computertechnik liefern. Die vorliegende Arbeit untersucht zwei in dieser Hinsicht viel versprechende Materialien, TiO2 und GaFeO3.
Beide zeichnen sich durch einen Grundzustand aus, der nicht magnetisch und halbleitend ist. Dotiert man beide Systeme, so verändern sich ihre magnetischen und elektrischen Eigenschaften. TiO2 ist vorwiegend für seine photokatalytischen Eigenschaften bekannt, während GaFeO3 als magnetoelektrisches multiferroisches Material immer mehr an Bedeutung gewinnt.
Einfluss von Schwefel auf die magnetischen Eigenschaften von GaFeO3
Der zweite Teil der Arbeit untersucht die magnetischen und elektrischen Eigenschaften von GaFeO3. Wir beginnen mit ab initio DFT Berechnungen durchgeführt an stoichiometrischen GaFeO3. Im Detail wird dabei der Ursprung des antiferromagnetischen (AFM) Grundzustandes untersucht.
Mit Hilfe der erhaltenen Ergebnisse lässt sich der dafür verantwortliche Superaustausch in einem können für neue technische Anwendungen attraktiv sein. Es werden vier verschiedene Sauerstoffsubstitutionen pro Dotierungsatom untersucht, wobei sich herausstellt, dass die resultierenden magnetischen Eigenschaften vom Gittergsplatz abhängen.
Auch Stickstoff beeinflusst die magnetische Kopplung der Eisenatome, während Schwefel große strukturelle Deformationen in der Zelle mit sich bringt. All dies hat Auswirkungen auf die Bandlücke und die magnetischen Kopplungen in GaFeO3. Die jeweiligen Austauschmechanismen werden dabei im Detail beschrieben und eine mögliche Verwendung als Photokatalysator diskutiert.
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Zusätzlich wird wieder eine Stauchung und Streckung der dotierten Zelle simuliert und die magnetischen Anisotropien berechnet. Die an beiden Systemen durchgeführten Simulationen und Berechnungen stimmen mit den Ergebnissen zahlreicher experimenteller Studien überein.
Neben unterstützender Rechnungen die oft Klarheit über Experimente bringen, werden ab initio DFT Berechnungen in dieser Arbeit auch als Inovationswerkzeug verwendet. Dadurch sollen bisher im Experiment nicht untersuchte Konfigurationen simuliert werden und Anstoß für zukünftige Verwendungen und weitere Untersuchungen liefern.
Schwefel als Dotierungselement in GaFeO3
Anionendotierung durch Substitution von Sauerstoff durch C, N und S verändert den zugrunde liegenden magnetischen Austauschmechanismus und beeinflusst die Grundzustandseigenschaften. Vier verschiedene Dotierungskonfigurationen wurden untersucht, die einen zellplatzabhängigen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften zeigen.
Schwefel führt große strukturelle Deformationen in der Zelle mit sich, was Auswirkungen auf die Bandlücke und die gesamte AFM-Kopplung innerhalb der dotierten GaFeO3-Simulationszelle hat.
Man gibt eine detaillierte Diskussion über die jeweiligen magnetischen Austauschmechanismen und elektronischen Eigenschaften im Hinblick auf Anwendungen als Photokatalyse. Weiterhin wird der Effekt der Dehnung untersucht und eine mögliche Änderung der magnetokristallinen Anisotropieenergien bestimmt.
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Allgemeine Eigenschaften von Edelstahl und Magnetismus
Edelstahl kann magnetisch sein, muss diese Eigenschaft aber nicht zwangsläufig erfüllen. Wie auch bei der Korrosionsbeständigkeit hängt dies von der Zusammensetzung der Legierung ab. So verfügen ferromagnetische Edelstahlsorten über einen mehr oder weniger hohen Eisenanteil, wodurch sie sich magnetisch verhalten. Über die Qualität des Materials selbst sagt das nichts aus.
In engem Zusammenhang damit steht die Annahme, dass rostfreier Edelstahl nicht magnetisch ist. Auch das ist falsch. Diese Schlussfolgerung kommt daher, dass die Bestandteile austenitischer Stähle (vorrangig Chrom und Nickel) nicht magnetisierbar sind.
Unter bestimmten Umständen, z. B. wenn die Zusammensetzung und Struktur des Edelstahls durch Kaltumformung verändert wird, können Sie jedoch magnetisierbar werden.
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