Serguei Botcharov

Winkelabhängige K-Röntgenabsorption und Elektronenstruktur von 3d-Metallverbindungen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 30.10.2001

Abstract
Das Verfahren der winkelabhängigen K-XANES (X-ray Absorption Near-Edge Structure) kann die Winkelsymmetrie der unbesetzten Elektronenzustände unterscheiden und ermöglicht somit eine Untersuchung der lokalen räumlichen Verteilung ihrer Ladungsdichte in verschiedenen Atomkomplexen. Die K-XANES-Spektralkurven bilden die lokalen unbesetzten Zustandsdichten ab. Durch eine quantitative Analyse von mehreren winkelabhängigen K-XANES-Spektren von Einkristallen können sie in partielle Komponenten bestimmter Winkelsymmetrie aufgelöst werden.
Die innerhalb dieser Arbeit erstmalig durchgeführten winkelabhängigen K-XANES- Untersuchungen an der Reihe der Monoxiden MnO, FeO, CoO, NiO und CuO bestätigen die Anwendbarkeit von LSDA+U (Local Spin Density Approximation korrigiert durch Berücksichtigung der Hubbardschen Energie U) zur Beschreibung der stark korrelierten 3d-Isolatoren ausdrücklich.
Eine Analyse verschiedener Verbindungen der 3d-Übergangsmetalle (TiS2, TiSe2, TiTe2, V2O5, MnO, FeO, CoO, NiO, CuO und CuGeO3) zeigt eine Dominanz der p-artigen Beiträge zum Vormaximum der K-Absorptionskante bei niedrigen Ordnungszahlen des 3d-Metalls. Bei den 3d-Übergangsmetallen höherer Ordnungszahl dominieren jedoch die d-artigen Beiträge.
Die Untersuchungen zeigen, daß die unbesetzten d-artigen Zustände in Mott/Charge-Transfer-Isolatoren an den kürzesten Me-O-Bindungen lokalisiert sind.

The technique of angular resolved K XANES (X-ray Absorption Near-Edge Structure) can differentiate between the angular symmetry of empty electronic states and allows thus a study of local spatial charge distribution in different atomic complexes. The K XANES curves image the unoccupied local densities of states. They can be resolved via a quantitative analysis of numerous angular resolved K XANES spectra of single-crystals into the partial components of particular angular symmetries.
Original studies of angular resolved K XANES performed within this work at the range of monoxides MnO, FeO, CoO, NiO and CuO sustain the applicability of LSDA+U (Local Spin Density Approximation corrected by the Hubbard energy U) for description of strongly correlated 3d insulators.
An analysis of different 3d transition metal compounds (TiS2, TiSe2, TiTe2, V2O5, MnO, FeO, CoO, NiO, CuO und CuGeO3) indicates a dominance of p-like contributions to the K absorption pre-edge maximum in the case of earlier 3d metals. The d-like contributions dominate however by the later 3d transition metals.
The studies derive the unoccupied d-like states in Mott/charge-transfer insulators to be localised at the shortest Me-O-bonds.

Keywords:
winkelabhängige K-XANES, lokale partielle Zustandsdichten, einkristallin Verbindungen der 3d-Übergangsmetalle, Vormaximum der K-Absorptionskante, unbesetzte d-artige Zustände, unbesetzte p-artige Zustände

angular resolved K XANES, local partial densities of states, single-crystal compounds of 3d transition metals, K absorption pre-edge maximum, unoccupied d-like states, unoccupied p-like states

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Inhaltsverzeichnis
Abkürzungen und Symbole, Inhaltsverzeichnis (1-4)
1 Einleitung und Problemstellung (5-7)
2 Theoretische Beschreibung und Besonderheiten der Elektronenstruktur von 3d-Metallverbindungen (8-25)
3 Spektrenanalyse (26-35)
4 Experimentelle Anlagen und technische Einzelheiten der Experimente (36-42)
5 Untersuchungen an den Titandichalkogeniden TiS2, TiSe2, TiTe2 (43-51)
6 Untersuchungen an V2O5 (52-59)
7 Untersuchungen an den Metalloxiden MnO, FeO, CoO und NiO (60-67)
8 Untersuchungen an CuO (68-78)
9 Untersuchungen an CuGeO3 (79-81)
10 Zusammenfassung und Ausblick (82-87)
Literaturverzeichnis (88-90)
Anhang (91-95)
Publikationsliste