Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.01.2015

Orbitaltechnik von Nanopartikeln: von diamagnetischen Solarzelle zu ferromagnetischen spin-polarisierten Material

Dr. Amitesh Paul
Technische Universität München
Lehrstuhl für Physik E21 - Experimentalphysik

Prof. Dr. Matt Law
University of California, Irvine
School of Physical Sciences


Das Projekt zielt auf die Synthese von reinem ferromagnetischen CoS2, reinen diamagnetischen FeS2 und Co1-xFexS2 Nanopartikel Legierungen und ihre Korn-Größen-abhängigen strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften mit dem vorrangigen Ziel zu untersuchen, um eine große Spin polarisierten zu erreichen (P = 100% für x = 0,25 in der Theorie). Die genannten Materialien werden in Form von Nanokristallen in Lösung hergestellt werden (in der Gruppe von Prof. Law an der UC-Irvine) und dem gewünschten Halbmetallgehalt wird erwartet, dass durch Verschieben des Fermi-Niveaus und DOS durch Fe-Dotierung erreicht werden. Die Gruppe wird eine Reihe von Techniken z.B. TEM, SEM, XRD, AFM, SAXS, SANS, GISANS, XRR, Magnetometrie verwenden, Röntgenspektroskopie (XAS, XMCD, .... etc.) für die Struktur und magnetische-Eigenschaft-Bestimmung (in der Gruppe von Dr. A. Paul an der TUM).

Abschlussbericht
Wir haben Kobalt Eisensulfid (CoxFe1-xS2) Nanokristalle synthetisiert und deren Struktur, Morphologie, und magnetischen Eigenschaften untersucht. Mit Hilfe der Röntgendiffraktion (XRD), Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS), Rasterelektronenmikroskop (REM) und Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), zeigen wir eine systematische Variation der Kristallitgitterparameter und primäre Kristallitgröße mit zunehmenden Kobalt Inhalt x. Außerdem finden wir ein vernünftiges abhängigkeit des Gitterkonstantes a mit zunehmenden Kobalt Inhalt in Einvernehmen mit Vegard's Gesetz. Damit erhalten wir ein Beweis für das Legieren von Elementen in Übereinstimmung mit der nominalen Zusammensetzung. TEM-basierte EDS bestätigten diese Kompositionen. Jedes Nanopartikel ist eine Sammlung von ein paar Kristalliten, deren Anzahl über einen weiten Bereich von x ähnlich bleibt. Die magnetisch Kobalt Eisensulfid Nanokristalle zeigen interessante Regime von konkurrierenden Exchange und dipolare Wechselwirkungen mit zunehmender Fe Inhalt, die mittels DC-magnetisierung und AC Suszeptibilität bei verschiedenen Temperaturen und Frequenzen untersucht worden sind. Für x < 0,5 bleibt das System meist paramagnetisch. Für x = 0,5 bleiben die Nanokristalle weitgehend isoliert, da die nicht-aufeinander wirken SPM-Verhalten zeigen, d. h. es gibts keine magnetischen Dipol Wechselwirkungen zwischen dem eingebetteten AF Nanocluster. Hier ist die Exchange Interaktion nicht stark genug, um die SPM-Verhalten zu unterdrücken. Jedoch resultieren die dipolare Wechselwirkungen in einem kollektiven Zustand bei größeren x. Für x = 0,625, die kollektiven Zustand besitzt SSG - Verhalten zusammen mit integrierten FM-Eigenschaften. In magnetischen Nanopartikeln Proben, Exchange Interaktionen sind oft wichtig und konnen stark genug sein, um SPM Entspannung zu unterdrücken. Wir haben ein magnetischen Phasendiagramm in abhängigkeit von Temperatur und Kobalt Inhalt konstruiert, wo wir die Bedingungen des Konkurrenzkampf zwischen den verschiedenen dipolar, Exchange, inter- und intra Wechselwirkungen zwischen den Clustern erklären. Funktionelle n-dotierten Eisensulfid Nanokristalle mit der Möglichkeit der Tuning von Nanokristalle-Größe und Form bieten neue Perspektiven im Bereich der Spin polarisiert Ferromagnetismus. In Zukunft, werden Verbesserungen an der Nanokristalle –Qualität und detaillierte Analyse der strukturelle und funktionellen Eigenschaften angestrebt.