Systematical, experimental investigations on LiMgZ (Z= P, As, Sb) wide band gap semiconductors

This work reports on the experimental investigation of the wide band gap compounds LiMgZ (Z = P, As, Sb), which are promising candidates for opto-electronics and anode materials for Lithium batteries. The compounds crystallize in the cubic (C1_b) MgAgAs structure (space group F-43m). The polycrystalline samples were synthesized by solid state reaction methods. X-ray and neutron diffraction measurements show a homogeneous, single-phased samples. The electronic properties were studied using the direct current (DC) method. Additionally UV-VIS diffuse reflectance spectra were recorded in order to investigate the band gap nature. The measurements show that all compounds exhibit semiconducting behavior with direct band gaps of 1.0 eV to 2.3 eV depending on the Z element. A decrease of the peak widths in the static 7Li nuclear magnetic resonance (NMR) spectra with increasing temperature was observed, which can directly be related to an increase of Li ion mobility.Comment: 8 page

Ternary lithium based compounds used for technological applications

Im Rahmen dieser Dissertation wurden ternäre Li-haltige Halb-Heusler Verbindungen sowie dazu strukturell-verwandte Verbindungen untersucht. Diese Verbindungen sind potentielle Kandidaten für optoelektronische und spintronische Anwendungen.rnEinige der untersuchten Verbindungen sind auch als Elektroden Materialien inrnLi-Batterien geeignet. Neben der Synthese und der Untersuchung der chemischenrnEigenschaften wurden daher insbesondere die physikalischen Eigenschaften näherrnuntersucht. Im speziellen wurden Halb-Heusler Verbindungen wie LiMgZ (Z = P,rnAs, Sb) und LiZn1−xMnxP synthetisiert und charakterisiert. Des Weiteren wurdenrndie Verbindungen LiMnAs, LaOMnAs und LiCuS näher studiert.rnVerbindungen des Typs LiMgZ (Z = P, As, Sb) sind potentielle Anode-Materialienrnin Li-Batterien. Im Rahmen der Arbeit gelang es diese Verbindungen einphasig zurnsynthetisieren. Mit Hilfe der UV-VIS Spektroskopie wurden Bandlücken im Bereichrnvon 0.9 und 2.3 eV bestimmt. 7Li NMR Spektroskopie zeigte eine ausreichende LirnMobilität, die sich mit steigender Temperatur erhöht.rnWeiterhin wurde die Mischkristallserie LiZn1−xMnxP mit x = 0.04, 0.08 und 0.10rnuntersucht. Ziel dieser Arbeit war es aus dem Halbleiter LiZnP durch Dotierungrneinen verdünnten magnetischen Halbleiter herzustellen. Diese Materialien werdenrninsbesondere in der Spintronik benötigt. Optische Messungen zeigten, dass diernDotierung bis x = 0.10 zu einer Reduzierung der Bandlücke von 1.80 eV für LiZnPrnzu 1.18 eV für LiZn0.90Mn0.10P führt. Magnetische Untersuchungen erwiesen paramagnetischesrnCurie-Weiss Verhalten und negative Weiss Konstanten, die auf einernantiferromagnetische Ordnung bei tiefen Temperaturen hindeuten.rnLiMnAs und LaOMnAs sind beides antiferromagnetische Halbleiter, die insbesonderernfür spinelektronische Anwendungen von Bedeutung sind. Die magnetischernStruktur von LiMnAs wurde mit Hilfe der Neutronenbeugung näher untersucht. DiernNeel Temperatur wurde zu 374 K bestimmt. Bei einer Temperatur von T = 768 Krnkommt es zu einer Phasenumwandlung. Die tetragonale Struktur wandelt sich hierrnin einer kubischen Halb-Heusler Phase um. Dichte Funktional Rechnungen sind inrnguter Übereinstimmung mit den experimentellen Werten. Darüberhinaus wurde diernKopplung der magnetischen Momente näher bestimmt.rnrnEine Verbindung der Zusammensetzung LiCuS wurde in der Literatur beschriebenrnals eine Phase, die sich bei der Reaktion von Li mit CuS in Li/CuS Batteriesystemrnbildet. Diese Verbindung ist auch als Ersatz von CdS in Pufferschicht vonrnDünnfilm-Solarzellen von Interesse. Es gelang erstmals diese Verbindung einphasigrnherzustellen. Sie kristallisiert gelb mit der nicht-stöchiometrischen ZusammensetzungrnLi1.1Cu0.9S. Die Kristallstruktur wurde mit Hilfe von NMR, PXRD und Neutronenbeugungrnaufgeklärt. Die Bandlücke wurde aus den optischen Messungenrnvon Dünnschichten bestimmt und beträgt circa 2 eV. Dieser Wert ist in guter Übereinstimmung mit DFT Ergebnissen. Wird der Li-Gehalt erhöht, erhält manrnab circa Li1.7Cu0.3S eine kubische Phase. Sie ist isotyp mit Li2S, die im anti-CaF2 Typ kristallisiert. Diese Verbindung ist ein direkter Halbleiter mit einer Bandlücke von 2.4 eV nach DFT Rechnungen

Electronic and crystallographic structure, hard x-ray photoemission, and mechanical and transport properties of the half-metallic Heusler compound Co2MnGe

This work reports on the electronic and crystalline structure and the mechanical, magnetic, and transport properties of the polycrystalline Heusler compound Co2MnGe. The crystalline structure was examined in detail by extended x-ray absorption fine-structure spectroscopy and anomalous x-ray diffraction. The compound exhibits a well-ordered L21 structure as is typical for Heusler compounds with 2:1:1 stoichiometry. The low-temperature magnetic moment agrees well with the Slater-Pauling rule and indicates a half-metallic ferromagnetic state of the compound, as is predicted by ab initio calculations. Transport measurements and hard x-ray photoelectron spectroscopy were performed to explain the electronic structure of the compound. The obtained valence band spectra exhibit small energy shifts that are the result of the photoexcitation process, whereas electron-electron correlation in the ground state is negligible. The vibration and mechanical properties of the compound were calculated. The observed hardness values are consistent to a covalent-like bonding of Co2MnGe

Electronic and crystallographic structure, hard x-ray photoemission, and mechanical and transport properties of the half-metallic Heusler compound Co2MnGe

This work reports on the electronic and crystalline structure and the mechanical, magnetic, and transport properties of the polycrystalline Heusler compound Co2MnGe. The crystalline structure was examined in detail by extended x-ray absorption fine-structure spectroscopy and anomalous x-ray diffraction. The compound exhibits a well-ordered L21 structure as is typical for Heusler compounds with 2:1:1 stoichiometry. The low-temperature magnetic moment agrees well with the Slater-Pauling rule and indicates a half-metallic ferromagnetic state of the compound, as is predicted by ab initio calculations. Transport measurements and hard x-ray photoelectron spectroscopy were performed to explain the electronic structure of the compound. The obtained valence band spectra exhibit small energy shifts that are the result of the photoexcitation process, whereas electron-electron correlation in the ground state is negligible. The vibration and mechanical properties of the compound were calculated. The observed hardness values are consistent to a covalent-like bonding of Co2MnGe

Large resistivity change and phase transition in the antiferromagnetic semiconductors LiMnAs and LaOMnAs

Antiferromagnetic semiconductors are new alternative materials for spintronic applications and spin valves. In this work, we report a detailed investigation of two antiferromagnetic semiconductors AMnAs (A = Li, LaO), which are isostructural to the well-known LiFeAs and LaOFeAs superconductors. Here we present a comparison between the structural, magnetic, and electronic properties of LiMnAs, LaOMnAs, and related materials. Interestingly, both LiMnAs and LaOMnAs show a variation in resistivity with more than five orders of magnitude, making them particularly suitable for use in future electronic devices. Neutron and x-ray diffraction measurements on LiMnAs show a magnetic phase transition corresponding to the N´eel temperature of 373.8 K, and a structural transition from the tetragonal to the cubic phase at 768 K. These experimental results are supported by density functional theory calculations