Electronic, magnetic and thermodynamic properties of magnetic shape memory alloys from first principles

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Der magnetische Formgedächtnis-Effekt ist eine funktionale Eigenschaft die von wissenschaftlicher, aber auch industrieller Bedeutung ist. In magnetischen Formgedächtnis-Legierungen lassen sich durch das Anlegen moderater magnetischer Felder makroskopisch messbare Verzerrungen erzielen. Die Physik magnetischer Formgedächtnis-Materialien wird durch die Wechselwirkung magnetischer und struktureller Phasen bestimmt, da die Materialien sowohl einen ferromagnetischen als auch einen martensitischen Phasenübergang zeigen. Die Heusler-Legierung Ni2MnGa ist ein vielversprechendes magnetisches Formgedächtnis-Material, dass allerdings eine für industrielle Anwendungen zu niedrige martensitische Übergangstemperatur aufweist und vergleichsweise spröde ist. In der vorliegenden Arbeit wurden die bisherigen in der Literatur erwähnten Untersuchungen an Ni2MnGa durch Ab Initio Untersuchungen zum Einfluss der Beiträge von Gitterschwingungen, magnetischen Anregungen, elektronischen Korrelationen und Fermiflächennesting auf den Martensit-Übergang erweitert. Es wird gezeigt, dass der martensitische Phasenübergang von mehreren Beiträgen getrieben wird. In einem nächsten Schritt wurden Mangan-reiche Zusammensetzungen der Legierungssysteme Ni-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn, Sb) untersucht, die hohe martensitische Übergangstemperaturen aufweisen. Es zeigt sich, dass ein direkter Ansatz, der die Energiedifferenzen zwischen Austenit und Martensit, die in den Dichtefunktionalrechnungen auftreten, mit der Übergangstemperatur identifiziert zu qualitativen und teilweise sogar quantitativen Übereinstimmungen mit experimentellen Ergebnissen führt. Der Ansatz, der nicht-stöchiometrische Zusammensetzungen über Superzellen berücksichtigt, ermöglicht die Berechnung vollständiger Phasendiagramme mittels Ab Initio Methoden. Die dazu erforderliche Rechenleistung steht in einem angemessenen Verhältnis zu den erzielbaren Resultaten. In einem weiteren Schritt wurden die vorgestellten Methoden auf die Legierungssysteme Ni-Pt-Mn-Z (Z = Ga, Sn) angewandt, die noch nicht ausführlich in der Literatur behandelt wurden. Die partielle Substitution von Nickel durch Platin ist von besonderem Interesse, da diese die Valenzelektronenkonzentration nicht verändert. Es zeigt sich, dass durch das Hinzufügen von Platin höhere Übergangstemperaturen erwartet werden. Kürzlich veröffentlichte experimentelle Arbeiten bestätigen die vielversprechenden Eigenschaften dieser Legierungssysteme. Eine weitere magnetische Formgedächtnis-Legierung die im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurde ist Co-Ni-Ga. Dieses System zeichnet sich durch die Abwesenheit weicher Phononen und antiferromagnetischer Wechselwirkungen aus, die in Ni-Mn-Ga beobachtet werden. Die Tendenz, dass die erwarteten martensitischen Übergangstemperaturen bei Erhöhung der Valenzelektronenkonzentration ansteigen, lässt sich hingegen auch in Co-Ni-Ga beobachten.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Physik » Theoretische Physik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beitragende:
Prof. Dr. Entel, Peter [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. Dederichs, Peter H. [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Promotionsantrag am:
31.07.2012
Dateien geändert am:
10.12.2012
Datum der Promotion:
05.12.2012
Medientyp:
Text