Studium der magnetischen Ordnung mit nuklearen Methoden

Das Projekt hat das Studium magnetischer Eigenschaften mittels "lokaler Sondenmethoden" zum Inhalt. 1.) Die Arbeitsgruppe des Institutes gehört zu den ganz wenigen in Österreich, die sich mit der Mössbauerspektroskopie beschäftigen. Da diese Methode sowohl in der Physik als auch in der Chemie wertvolle Aufschlüsse aus atomarer Sicht zu liefern imstande ist, wurden bereits erfolgreich zahlreiche nationale und internationale Verbindungen geknüpft. Um allerdings derartige Experimente regelmäßig zu betreiben, bedarf es relativ hoher laufender Kosten. Die höchste Priorität soll das System SmFe 2 Dx erhalten. Wegen seiner hervorragenden Wasserstoffspeichereigenschaften wird dieses Material als geeignet zur Verwendung in Metallhydridbatterien betrachtet und ist daher von besonderem Interesse. Weiters werden Arbeiten an 57Fe- dotierten RMn12 und YCo 2 , Materialien, die derzeit am Institut in großem Umfang aus grundlegendem Interesse am komplexen magnetischen Ordnungszustand bzw. am Phänomen der Spinfluktuationen untersucht werden. 2.) Die Gruppe am Institut für Experimentalphysik ist als einzige in Österreich auf dem für die Festkörperphysik so wichtigen Gebiet der Myon-Spin-Rotation/Relaxation tätig. Dank der ausgezeichneten Zusammenarbeit mit der Gruppe von A. Schenck konnte in der letzten Zeit ausreichend Erfahrung gesammelt werden, so daß zukünftigen Aktivitäten auf diesem Gebiet nichts im Wege steht. Da diese Methode besonders erfolgreich auf das Vorhandensein kleinster magnetischer Momente anspricht, sowie erfolgreich bei dem Studium der dynamischen Eigenschaften eingesetzt werden kann, soll der bisher erfolgreiche Weg, nämlich Untersuchungen an hochkorrelierten Elektronensystemen (GdNi2 Ga) sowie an Spinfluktuationssystemen (YCo2 , in Zusammenhang mit den Mössbauerexperimenten zu sehen), weitergeführt werden. 3.) In den letzten Jahren wurde begonnen, Neutronenstreuexperimente an hochanisotropen Materialien durchzuführen. Wegen der in diesem Fall besonders langwierigen Datenauswertung ist daran gedacht, in Zukunft die Aktivitäten gemeinsam mit E. Gratz vom selben Institut durchzuführen, der auf diesem Gebiet schon eine längere Erfahrung besitzt und die Zusammenarbeit mit M. Löwenhaupt/Dresden und N. Bernhoeft/ILL Grenoble einbringen kann. Da am Institut die Seltenen-Erd-Mangan-Systeme aus Interesse an ihrer komplexen magnetischen Ordnung eingehend untersucht werden, sind hier Neutronenstreuexperimente von außerordentlicher Bedeutung, wobei wegen des getrennten Auftretens von Seltener Erd- und Manganordnung RMn12 als System ausgewählt wurde.

Ein wesentliches Ziel des Projektes war es, die am Institut für Experimentalphysik (jetzt Festkörperphysik) durchgeführten Arbeiten auf dem Gebiet elektronische Eigenschaften/Magnetismus/Supraleitung durch Experimente mit nuklearen Methoden zu ergänzen. Derartige Methoden wirken - grob vereinfacht ausgedrückt - wie ein Mikroskop. Man erhält damit einen Einblick in den Festkörper aus atomarer Sicht. Die im Rahmen des Projektes verwendeten Methoden waren erstens der Mößbauereffket als Labormethode, sowie zwei Methoden, die nur auf internationalen Großforschungen durchgeführt werden können: Neutronensteruung (Institut Laue-Langevin Grenoble und Paul-Scherrer-Institut Villigen/Schweiz) und Muon-Spin-Rotation/Relaxation (Paul-Scherrer-Institut Villigen/Schweiz und ISIS Didcot/ England). Auf Grund dieser Projektstruktur mußten mehrere Themen gleichzeitig bearbeitet werden, was durch mehrere Kooperationen erleichtert wurde. Mittels 57Fe Mößbauerspektroskopie wurden in Zusammenarbeit mit dem CNRS in Thiais/Paris Seltene Erd- Metallhydride studiert, eine Materialklasse, die bereits in Batterien Verwendung findet, aber immer noch verbessert werden kann. Weiters wurden, in Zusammenarbeit mit einer französischen Produktionsfirma und zwei Gruppen an Universitäten in Frankreich Ferrite untersucht. Diese Verbindungen finden schon lange als kostengünstige Permanentmagnete weite Anwendung. Erst in jüngster Zeit allerdings fand man eine Methode, um die Qualität dieser Magnete zu verbessern, was momentan Thema dieser Studien ist. Die Myon-Spin-Relaxation/Rotationstechnik (SR) ist eine Methode, die auf kleinste Magnetfelder am Ort des Myons reagiert. Daher ist sie insbesondere für Studien von Materialien geeignet, die sich in der Nähe des Verschwindens langreichweitiger magnetischer Ordnung befinden. Im gegenständlichen Fall wurden die verstärkt paramagnetische Verbindung YCo 2 sowie das System Ce(Rh, Ru)3 B2 untersucht. Letzteres zeigt mit zunehmendem Ru-Gehalt, ausgehend von antiferromagnetischer Ordnung, einen Übergang über paramagnetisches Verhalten zu komplexer magnetischer Ordnung mit kleinsten magnetischen Momenten. Mit Hilfe von Neutronenstreung sollte einerseits die lange offene Frage über den magnetischen Ordnungszustand von SmAl 2 beantwortet werden. Wegen des hohen Neutronenwirkungsquerschnittes von Sm müssen die Experimente an der heißen Quelle durchgeführt werden. Leider trat nach einen wenigen Experimenten im Reaktor ein Defekt auf, was zum Schließen der heißen Quelle führte. Die weiteren Experimente mußten daher verrschoben werden. Auch dem zweiten Satz von Experimenten, diesmal an der Spallationsquelle am PSI, war nur bedingter Erfolg beschieden. Es sollte, in Ergänzung zu den SR-Experimenten, die komplexe magnetische Struktur von Ce(Rh, Ru)3 B2 untersucht werden. Auf Grund des kleinen magnetischen Streubeitrages konnte jedoch bisher noch keine entgültige Aussage getroffen werden. Zuletzt wurde der Mößbauereffekt noch eingesetzt, um - einer langjährigen Zusammenarbeit mit dem Institut für Anorganische Chemie folgend - Spin-Crossover-Komplexe (eine Materi- alklasse, die auch für technische Anwendungen interessant ist) zu studieren, wozu sich diese Methode besonders gut eignet.