Ab initio study of the magnetic and structural properties of 3d transition metals and its alloys |
Schlüsselwörter:
Magnetovolumen-Effekte, Phononenspektren, martensitische Phasenumwandlung, Mischungsverhalten, Eisen-Legierungen, Al-Cu-Zn-Legierungen, Dichtefunktionaltheorie, FLAPW, Pseudopotentiale, Gradientenkorrektur
magnetovolume effects, phonon spectra, martensitic phase transformation, mixing behavior, iron alloys, Al-Cu-Zn alloys, density functional theory, FLAPW, pseudopotentials, gradient correction
Sachgruppe der DNBAbstract
In the present thesis the structural and magnetic properties of
3d transition metals and their alloys have been
investigated within the framework of density functional methods.
The calculations have been made mainly to
understand magneto-volume instabilities and martensitic phase
transformations in iron-nickel and iron-manganese alloys.
Many aspects of the alloys can already be understood from the
discussion of elemental iron, which forms the essential part of this
work. A simple thermodynamical approach combined with the
ab-initio results allows the discussion of the physical
properties to be extended to finite temperatures. The thermal
expansion coefficients calculated within this model coincide
well with experiment.
Besides the magnetic iron alloys the nonmagnetic Al-Cu-Zn system has
been investigated. This ternary alloy undergoes several martensitic
phase transformations and spinodal decomposition has also been
observed on the Al-Zn-rich side of the phase diagram. The spinodal
decomposition is relieved by incommensurable ordering if the
aluminium atoms are increasingly replaced by copper. The mixing
behavior and the structural phase stability at T = 0 K are
obtained from ab initio electronic structure calculations for
ordered compounds. The experimental trends are well reproduced.
In dieser Arbeit werden die strukturellen und magnetischen Eigenschaften von
3d-Übergangsmetallen und ihren Verbindungen mit Hilfe verschiedener
Methoden der Dichtefunktionaltheorie behandelt. Dabei werden
insbesondere Magnetovolumen-Instabilitäten und martensitische
Phasenübergänge in Eisen-Nickel und Eisen-Mangan-Verbindungen
diskutiert. Einen zentralen Punkt der Arbeit bildet
die Untersuchung von elementarem Eisen, da viele Eigenschaften der Legierungen
bereits dadurch verstanden werden können.
Die Verknüpfung der ab-initio-Ergebnisse mit einem einfachen
thermodynamischen Ansatz ermöglicht eine
Diskussion bei endlichen Temperaturen. Die im Rahmen dieses Modells
berechneten thermischen Ausdehnungskoeffizienten zeigen bereits eine gute
Übereinstimmung mit den experimentellen Daten. Neben den
Eisenlegierungen wird das nichtmagnetische
System Al-Cu-Zn untersucht, welches in bestimmten
Konzentrationsbereichen ebenfalls martensitische Phasenübergänge
aufweist und auf der Al-Zn-Seite spinodale Entmischung zeigt, die mit
zunehmender Substitution von Aluminium durch Kupfer in inkommensurable
Ordnung übergeht. An Hand von ab-initio-Berechnungen der
elektronischen Struktur geordneter Verbindungen wird das
Mischungsverhalten sowie die strukturelle Phasenstabilität des
Systems für T = 0 K untersucht. Die Ergebnisse spiegeln die
experimentell gefundenen Tendenzen gut wieder.
Betreuer | Entel, Peter; Prof. Dr. |
Gutachter | Entel, Peter; Prof. Dr. |
Gutachter | Usadel, Klaus; Prof. Dr. |
Upload: | 2000-06-05 |
URL of Theses: | http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-5021/diss_herper.pdf |