Strukturprinzipien zum Aufbau magnetisch niedrigdimensionaler Übergangsmetalloxide |
Die hier diskutierten Verbindungen sind (mit wenigen Ausnahmen) in ihren Bindungsverhältnissen und ihrer Gitterstruktur ausgeprägt zweidimensional. Eine weitere geometrische Einschränkung des magnetischen Austauschs auf eine Dimension (Kette oder Leiter) oder eine Plakette kann durch drei Strukturprinzipien realisiert werden: |
Während die lineare Cu-O-Cu-O-Anordnung in den CuO2-Ebenen der Hochtemperatur-Supraleiter zu einem antiferromagnetischen 1800-Superaustausch mit sehr großer Kopplungskonstante (ca. 2000 K) führt, ist ein 900-Austausch viel schwächer oder ferromagetisch (Kanamori-Goodenough-Regel). Verschiebt man die CuO-Polyeder um eine halbe Gitterkonstante und fügt die beiden Segmente aneinander, so erhält man solche 900-Austauschpfade, die in diesem Falle sogar frustriert sind. Ein Austausch über eine Kante des CuO-Polyeder konkurriert mit dem Austausch des benachbarten Polyeders. Mit diesem Strukturprinzip können durch eine Abfolge von Austauschpfaden über Kanten und Ecken der Polyeder effektive Spinleitern aufgebaut werden. Beispiele für Spinleitern sind die Verbindungen NaV2O5 und (Sr,Ca)14Cu24O41. Ein Beispiel für eine Abfolge der Verknüpfungspfade ist die Verbindung LiV2O5. |
Kristallstruktur von LiV2O5 mit Verknüpfung von V-Pyramiden über Ecken und Kanten. Die hellblauen (dunkelblauen) Pyramiden symbolisieren V4+O5- (V5+O5-)Pyramiden. Die Abfolge von ladungsgeordneten Pyramiden zusammen mit der Verknüpfung führt zu einem dominaten Austauschpfad in b-Achsenrichtung. |
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Weiterführende Literatur: Magnetic Light Scattering in Low-Dimensional Quantum Spin Systems, P. Lemmens, Habilitationsschrift, RWTH Aachen (2000). Structural Chemistry of Vanadium Oxides with Open Frameworks, P.Y. Zavalij and M.S. Wittingham, Acta Cryst. B 55, 627 (1999). Dimensional Reduction: A Practical Formalism for Manipulating Solid Structures, E.G. Tulsky and J.R. Long, Chem. Mater. 13, 1149 (2001) |
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