Universität zu Köln

Zur Darstellung und Charakterisierung ausgewählter Übergangsmetalloxide. Ein Beitrag zu niedrigdimensionalen S = 1/2 Systemen

Taetz, Timo (2008) Zur Darstellung und Charakterisierung ausgewählter Übergangsmetalloxide. Ein Beitrag zu niedrigdimensionalen S = 1/2 Systemen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Darstellung von Übergangsmetalloxiden, welche auf ihre strukturellen und physikalischen Eigenschaften hin untersucht werden. Die Kristallstruktur der Oxidhalogenide ScOCl, TiOCl und VOCl wird am Beispiel des an Einkristallen röntgenographisch untersuchten ScOCl vorgestellt. TiOCl wurde vornehmlich mit dem Ziel synthetisiert, um das Verhalten unter hohem externen Druck zu untersuchen, wobei der in der Literatur diskutierte Isolator-Metall Übergang nicht bestätigt werden kann. Die Möglichkeit der Dotierung eines Mott-Hubbard Systems, zur Überführung in den metallischen Zustand, wird durch Interkalation von TiOCl mit Lithium über die Buthyl-Lithium Route untersucht. TiOCl und VOCl Einkristalle und Pulverproben wurden mit dem Ziel weiterer spektroskopischer Messungen dargestellt, welche kurz besprochen werden. Die S = 1/2 ''Zick-Zack Ketten'' Verbindung In2VO5 mit vierwertigem Vanadium wird erstmalig auf ihre physikalischen Eigenschaften hin untersucht. Einkristall- und Pulverröntgenbeugung bei tiefen Temperaturen lassen eine subtile strukturelle Verzerrung erkennen, welche von fundamentalen Änderungen der magnetischen und elektronischen Eigenschaften begleitet wird. Der Übergang von ferro- zu antiferromagnetischer Wechselwirkung geht einher mit einer Lokalisierung der Ladungsträger, welche jedoch auch bei tiefen Temperaturen nicht in eine magnetisch langreichweitig geordnete Phase übergehen. Stattdessen lassen ESR und NMR Experimente auf kurzreichweitige magnetische Fluktuationen schließen, welche mit einer Spin-Glas-artigen Ordnung bei tiefen Temperaturen konform ist. Strukturelle Details der Verbindung InCu2/3V1/3O3, in welcher die magnetischen Cu2+ Ionen ein honeycomb Strukturmotiv bilden, werden mithilfe von spektroskopischen Methoden und Pulverneutronendiffraktometrie untersucht. Die vermutete Anordnung der Cu2+ und V5+ Ionen innerhalb von Domänen mit etwa 300 Å Ausdehnung wird bestätigt. Hieraus resultiert eine ungeordnete Stapelfolge in c-Richtung. Neutronendiffraktion, Messungen der spezifischen Wärme und der thermischen Ausdehnung geben keinerlei Hinweis auf die Existenz einer magnetischen langreichweitigen Ordnung. Die in der magnetischen Suszeptibilität beobachteten Anomalien bei tiefen Temperaturen lassen sich vermutlich eher durch Defekt-Spins an Domänengrenzen erklären. InGaCuO4 und In2Ga2CuO7 werden strukturell mittels Pulverröntgendiffraktometrie untersucht, wobei für In2Ga2CuO7 zum ersten Mal strukturelle Parameter erhalten werden konnten. Die Untersuchungen legen eine statistische Besetzung mit Ga3+ und Cu2+ Ionen nahe, wie sie auch bei InGaCuO4 beobachtet wird. Messungen der magnetischen Suszeptibilität beider Verbindungen untermauern diesen Befund, wobei keine Anzeichen für das Auftreten einer langreichweitigen magnetischen Ordnung bis 2 K gefunden werden.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    The following work will be concerned with the synthesis of transition metal oxides and with the investigation of their physical properties. The crystal structure of the oxyhalides ScOCl, TiOCl and VOCl will be presented on the basis of single-crystal diffraction data obtained for ScOCl. TiOCl was synthesized mainly for high pressure investigations. These were carried out in order to learn more about the proposed insulator to metal transition, which could not be verified. The possibility of doping a Mott-Hubbard Insulator in order to drive it into the metallic state was investigated by Lithium intercalation of TiOCl via the Buthyl-Lithium route. Single crystals and powder samples of TiOCl and VOCl were obtained with the aim of spectroscopic investigations, which will be discussed briefly. The S = 1/2 ''zigzag ladder'' compound In2VO5 with tetravalent vanadium is investigated with respect to its physical properties for the first time. Single crystal and powder x-ray diffraction reveal subtle structural changes at low temperatures, which are accompanied by fundamental alterations of the magnetic and electronic properties. The transition from ferro- to antiferromagnetic coupling goes along with a localization of the charge carriers. Nonetheless, no long range magnetic ordering can be observed even at low temperatures. ESR and NMR experiments rather suggest the occurrence of short range magnetic fluctuations which are in accord with a spin-glass ordering scenario. Structural details of the S = 1/2 honeycomb lattice compound InCu2/3V1/3O3 are revealed using spectroscopic techniques and powder neutron diffraction. Thereby, the recently proposed structural arrangement of copper and vanadium could be verified. These exist only in domains of about 300 Ǻ, and are stacked in an irregular fashion along the c-direction. Neutron diffraction, measurements of the specific heat and the thermal expansion give no evidence for a magnetic long range ordering. The anomalies observed in the low temperature magnetic susceptibility are supposed to originate from defect spins at the domain boundaries. InGaCuO4 and In2Ga2CuO7 are investigated by means of powder x-ray diffraction, whereby structural parameters of In2Ga2CuO7 are obtained for the first time. This analysis suggests a disordered arrangement of copper and gallium ions for In2Ga2CuO7, analogous to the statistical occupation in InGaCuO4. These findings are supported further by magnetic measurements of both compounds, which show no signs for the occurence of long range magnetic order down to 2 K.English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Taetz, Timotimotaetz@yahoo.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-25306
    Subjects: Chemistry and allied sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Übergangsmetalloxide , Magnetismus , Kristallstruktur , DiffraktionGerman
    Transition Metal Oxides , Magnetism , Crystal structures , DiffractionEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Anorganische Chemie
    Language: German
    Date: 2008
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 03 July 2008
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 03 Dec 2008 14:53:00
    Referee
    NameAcademic Title
    Möller, AngelaProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2530

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