Disorder in Heusler alloys : Efficient energy conversion by deliberate defects

Heusler alloys are a promising class of effective functional materials to be used for green energy technologies. They demonstrate strong coupling between lattice, electronic and magnetic degrees of freedom that allows for a flexible crystallographic and electronic structure.
Magnetische Funktionsmaterialien für saubere und energieeffiziente Technologien müssen unterschiedlichste Voraussetzungen erfüllen. Die Optimierung ihrer Eigenschaften ist daher eine herausfordernde Aufgabe für die Wissenschaft. Gegenwärtig werden eine Vielzahl von Materialien zur Anwendung in Technologien zur sauberen Energiekonversion aktiv weiterentwickelt. Heusler-Legierungen bilden eine dieser Materialklassen. Sie bestehen hauptsächlich aus nicht-seltenen Komponenten und besitzen multifunktionale Eigenschaften, die stark von der lokalen Anordnung der Elemente abhängen. Wir analysieren Gitterschwingungen, die magnetischen Eigenschaften und komplexen Ordnungsmechanismen in Ni-Mn- (In,Sn) Heusler-Legierungen mit Hilfe von Computer-Simulationen basierend auf ersten Prinzipien – das heißt ohne Rückgriff auf das Experiment. Unser Verfahren beruht auf der Dichtefunktionaltheorie, die eine akkurate und effiziente Charakterisierung der Beziehung zwischen Struktur, Magnetismus und elektronischen Eigenschaften ermöglicht. Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass durch systematisch induzierte Unordnung, hervorgerufen durch Abweichungen von der Stöchiometrie oder Platzwechselvorgänge zwischen den Elementen, ein Fein- Tuning der funktionellen Eigenschaften dieser Heusler-Systeme möglich ist. Dies eröffnet einen neuen Weg, Heusler-Materialen für die effiziente Anwendung im Bereich der Energiekonversion zu optimieren.
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