The Interplay of Structural and Electronic Properties in Transition Metal Oxides

Augsburger Schriften zur Mathematik, Physik und Informatik , Bd. 4

Udo Schwingenschloegl

ISBN 978-3-8325-0530-1
174 Seiten, Erscheinungsjahr: 2004
Preis: 40,50 €

In this thesis electronic structure calculations are applied to gain fundamental insight into physical mechanisms giving rise to specific material properties.

The metal-insulator transitions of the vanadium Magnéli phases V_nO_2n-1 are studied by identifying the relevant electronic states and analyzing their response to structural modifications. This investigation is based on a systematic understanding of the various crystal structures, including those of VO₂ and V₂O₃. It is possible to study the relations between structural and electronic properties at the metal-insulator transitions of the latter oxides on a common basis. Similar crystal structures allow for the knowledge of the phase transitions in the vanadium oxides to be transferred to the titanium Magnéli phases.

Octahedral tiltings, as found in the ruthenates ACu₃Ru₄O₁₂, are the most important class of structural distortions affecting perovskites. Analyzing the relationship between tiltings and electronic features paves the way for a universal picture of octahedral tilting.

Furthermore, a family of quasi one-dimensional materials characterized by extraordinary magnetic properties is addressed. Motivated by band structure calculations for Ca₃Co₂O₆ the related compounds Ca₃CoRhO₆ and Ca₃FeRhO₆ are investigated, allowing for insight into the details of the magnetic coupling.

In der vorliegenden Dissertation werden Bandstrukturrechnungen eingesetzt, um Einblicke in physikalische Mechanismen zu erlangen, welche charakteristische Materialeigenschaften zur Folge haben.

Zur Untersuchung der Metall-Isolator-Übergänge der Vanadium Magnéli Phasen V_nO_2n-1 werden zuerst die relevanten elektronischen Zustände identifiziert und anschließend deren Reaktionen auf strukturelle Modifikationen analysiert. Dieses Vorgehen basiert auf einem systematischen Verständnis der einzelnen Kristallstrukturen, einschließlich derjenigen von VO₂ sowie V₂O₃. Es ist möglich die Beziehungen zwischen den strukturellen und elektronischen Eigenschaften am Metall-Isolator-Übergang letztgenannter Oxide zu vergleichen. Ähnlichkeiten in der Kristallstruktur erlauben es, Erkenntnisse zu den Phasenübergängen der Vanadiumoxide auf die Titan Magnéli Phasen zu übertragen.

Oktaederverkippungen, wie sie in den Ruthenaten ACu₃Ru₄O₁₂ vorzufinden sind, bilden die wichtigste Klasse struktureller Verzerrungen der Perowskite. Eine detaillierte Analyse der Beziehungen zwischen solchen Verzerrungen und der elektronischen Struktur führt zu einem umfassenden Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen.

Weiterhin wird eine neue Familie quasi-eindimensionaler Materialien mit ungewöhnlichen magnetischen Eigenschaften betrachtet. Motiviert durch Bandstrukturrechnungen für den Vertreter Ca₃CoO₆ gilt das Interesse den Verbindungen Ca₃CoRhO₆ sowie Ca₃FeRhO₆. Eine vergleichende Untersuchung dieser Substanzen gestattet Einblicke in die Details der magnetischen Kopplung.