Tetraedrische Metallcluster im Festkörper: Strukturen und Eigenschaften eines nanodispersen Metalls

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Festkörperverbindungen mit GaMo4S8-Struktur enthalten Anhäufungen (Cluster) aus je vier Metallatomen in Form eines Tetraeders. Diese "metallischen Inseln" sind in eine isolierende Matrix aus Nichtmetallatomen eingebettet. Den elektrischen Strom leitet dieses "nanodisperse" Metall nur dann, wenn ein Austausch von Elektronen entweder durch Annäherung der Cluster oder über verbindende "Kontakte" zwischen ihnen stattfindet. Die erste Möglichkeit ist von den Chevrel-Phasen mit oktaedrischen Clustern bekannt, die heute anwendungstechnisch genutzte Supraleiter sind. In den Verbindungen des GaMo4S8-Typs ist der Abstand zwischen den tetraedrischen Clustern größer. Dies führt zur Lokalisierung der Elektronen und äußert sich in magnetischen Phänomenen. Dennoch stehen diese Verbindungen an der Grenze zu metallischem Verhalten. Unsere Ergebnisse zeigen, daß Vanadium-Verbindungen mit GaMo4S8-Struktur lokale Clusterelektronensysteme aufweisen, was sich in ungewöhnlichen magnetischen Eigenschaften ausdrückt. Bei isotypen Substanzen mit Niob und Tantal wird der metallische Charakter deutlicher, und unsere Ergebnisse weisen darauf hin, daß diese Materialien unter Druck zu metallischen und auch zu Supraleitern werden können. Ursache und Mechanismen der beobachteten Umwandlungen sind allerdings noch nicht verstanden. Das Ziel des Projektes ist die Aufklärung dieser Phänomene durch Analysen von berechneten elektronischen Strukturen und Messungen der physikalischen Eigenschaften. Die Arbeiten sollen zum Verständnis des Isolator-Metallüberganges und der Supraleitung sowie der magnetischen und elektronischen Eigenschaften dieser Festkörper beitragen.