6.3 Aluminium und Gallium in Yb­T­X-Verbindungen

Magnetismus in YbNiAl und YbPtAl

Neue Ergebnisse aus Neutronenstreu- und Mößbauer-Experimenten zeigen eine komplexe Struktur der antiferromagnetisch geordneten Momente in YbNiAl und YbPtAl jeweils unterhalb der Ordnungstemperatur. In beiden Systemen sind die Ytterbium-Ionen in einem Dreiecksgitter angeordnet. Diese Tatsache führt zur Bildung von frustrierten Momenten bei antiferromagnetischer Ordnung. In YbPtAl gibt es zudem Übergänge zu zwei weiteren antiferromagnetisch geordneten Phasen. Diese unterscheiden sich voneinander nur durch den Winkel, den die geordneten Momente zueinander einnehmen. In beiden Verbindungen ist die magnetische Einheitszelle inkommensurabel, also ein nicht ganzzahliges Vielfaches der kristallographischen Einheitszelle. Bisher konnte die magnetische Struktur jedoch noch nicht eindeutig bestimmt werden. Dies wird vermutlich nur mit Einkristallen möglich sein. Die Optimierung der Herstellungsbedingungen schafft indes gute Voraussetzungen für die Zucht dieser Einkristalle. Sicherlich werden in naher Zukunft ähnliche Untersuchungen an YbNiGa und YbPtGa folgen. Diese Systeme ordnen ebenfalls antiferromagnetisch. Aufgrund der Kristallgeometrie ist auch in diesen beiden Systemen mit frustrierten Momenten zu rechnen.

Die Phasendiagramme mit T = Ni, Pd, Pt

Innerhalb der ternären metallurgischen Yb­T­Al-Phasendiagramme konnten im Rahmen dieser Arbeit keine neuen Verbindungen gefunden werden. Die von U. Klinger vorgestellten Diagramme mit dem zu erwartenden Grundzustand (magnetisch oder zwischenvalent) behalten daher weiterhin ihre Gültigkeit. Die Existenz der Systeme YbPdAl3, YbPtAl3, Yb2Pd2Al und Yb2Pt2Al konnte ausgeschlossen werden, sie kommen also für die Suche nach weiteren Verbindungen im Übergangsbereich von magnetischem zu zwischenvalentem Verhalten nicht mehr in Betracht. Die Suche nach neuen Verbindungen könnte sich in Zukunft im aluminiumreichen Bereich abspielen, beispielsweise mit folgenden Zusammensetzungen: 1­1­4, 1­2­5 oder 2­3­9.

Die Yb­T­Ga-Phasendiagramme können um die Systeme YbNiGa2, YbPdGa2 und YbPtGa2 erweitert werden. Alle drei Systeme ordnen magnetisch. Mit den bekannten ternären Verbindungen ergibt sich dann genau das gleiche Bild wie im Fall von Aluminium: Die YbNi(Al/Ga)- und die YbPt(Al/Ga)-Verbindungen sind antiferromagnetisch ordnende Schwere-Fermionen-Systeme, von denen die ersteren einen ausgeprägten Kondo-Effekt im elektrischen Widerstand zeigen. Die YbPd(Al/Ga)-Systeme sind zwischenvalent. Alle YbT(Al/Ga)2-Proben ordnen magnetisch. Es bleibt abzuwarten, ob es in Zukunft gelingen wird, die Gallium-Systeme mit einem deutlich niedrigeren Fremdphasenanteil herzustellen. Dann kann anhand von Messungen der spezifischen Wärme die Bestimmung des Sommerfeldkoeffizienten zeigen, ob auch in diesen Verbindungen eine Erhöhung der effektiven Masse der Ladungsträger wie in YbPdAl2 [Tegel94] vorliegt. Die ternären Grundzustands-Phasendiagramme der Aluminium-Systeme in der von U. Klinger vorgestellten Form können auf jeden Fall ohne Modifikationen auf die Gallium-Systeme übertragen werden. Damit ist die auf der Tatsache, daß die isoelektronischen Ionen von Aluminium und Gallium einen nur unwesentlich verschiedenen Radius besitzen, basierende Annahme bestätigt, wonach die Abweichungen in beiden Systemen gering sein sollten. Für die Zukunft sollte daher speziell nach Verbindungen gesucht werden, die wie Yb2Ni2Al direkt an der Grenze zum Übergang zur magnetischen Ordnung stehen, also z.B. Yb2Ni2Ga, Yb2Pd2Ga3 oder Yb2PtGa2. Ähnlich wie in den Aluminium-Phasendiagrammen sind auch die galliumreichen Verbindungen für die Zukunft interessant.

2­3­9-Verbindungen mit T = Rh, Ir

Bei den aluminium- und galliumreichen Verbindungen mit den Übergangselementen Rhodium und Iridium sieht die Situation ganz anders aus: Dort ist der Unterschied der mit Rhodium und Iridium hergestellten Systeme in den physikalischen Messungen eher gering, während mit Aluminium und Gallium hergestellte Proben stark voneinander abweichendes Verhalten an den Tag legen. Die Aluminium-Systeme sind antiferromagnetisch ordnende Schwere-Fermionen-Systeme, die einen ausgeprägten Kondo-Effekt im elektrischen Widerstand zeigen. Die Gallium-Systeme sind hingegen zwischenvalent (Yb2Rh3Ga9 konnte nicht hergestellt werden). Zur Zeit beginnt O. Trovarelli mit einer systematischen Untersuchung der Phasendiagramme Yb­T­X mit T = Co, Rh, Ir und X = Al, Ga. Erste Erfolge sind dabei bereits zu verbuchen: YbRhAl und YbRhGa [Trovarelli97] sind Schwere-Fermionen-Systeme mit einem enorm hohen Anstieg des elektrischen Widerstands bei tiefen Temperaturen aufgrund des Kondo-Effekts.

Wie oben bereits angedeutet, wäre es für die Zukunft wünschenswert, den im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Verbindungen entsprechende Systeme mit den Übergangsmetallen Nickel, Palladium und Platin zu charakterisieren, da bislang keine aluminium- und galliumreichen Systeme bekannt sind.

Kapitel 6.2