Published February 13, 2020 | Version v1
Miscellaneous

Structure and properties of the rare earth transition metal silicides

Description

Rare earth disilicides RSi2 and their related R2TSi3 compounds crystallize in hexagonal AlB2- as well as in tetragonal ThSi2-like crystal structures, which possess a large structural variety, especially concerning the ordering of the T and Si atoms. Based on an extensive literature research with more than 300 articles and 500 structural reports this crystallographic family was characterized in detail and the symmetry relations were elaborated. The resulting Bärnighausen diagram comprises six additional structure types compared to previous publications. Partially, the corresponding space groups were determined here for the first time. Furthermore, relations between the incorporated elements within a compound and its properties were acquired. For instance, ordered structures form more frequently if a thermal treatment was applied. In addition, a correlation between the electronic structure of Hückel arenes and the Si/T ordering was discovered. This work is complemented by density functional theory calculations, which on the one hand provide information about formation energies and thus about the potential stability of previously unreported compounds. On the other hand, Bader charges of the atoms were calculated, which for example reduced possible superstructure models in the tetragonal lattice to only one plausible model. This work is completed with own results from resonant synchrotron experiments, exemplarily conducted on the representative with the largest super structure: Ho2PdSi3. For this compound additional structure models existed, but these can be excluded thanks to the results of the present work.

Availability note (English)

Available from: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:105-qucosa2-390430

Abstract (German)

Seltenerdsilizide RSi2 und deren verwandte R2TSi3-Verbindungen kristallisieren in hexagonalen AlB2- sowie tetragonalen ThSi2-ähnlichen Kristallstrukturen, unter denen es eine große strukturelle Vielfalt gibt, insbesondere im Hinblick auf die Ordnung von T- und Si-Atomen. Basierend auf einer ausführlichen Literaturrecherche mit einem Umfang von mehr als 300 Artikeln und 500 Strukturberichten wurde die kristallographische Familie eingehend charakterisiert und deren Symmetriebeziehungen herausgearbeitet. Das so entstandene Bärnighaus-Diagramm umfasst im Vergleich zu bisherigen Veröffentlichungen sechs zusätzliche Strukturtypen, deren Raumgruppen in dieser Arbeit teilweise erstmalig bestimmt wurden. Weiterhin konnten Zusammenhänge zwischen den beinhalteten Elementen der Verbindungen und deren Eigenschaften erarbeitet werden. Beispielsweise bilden sich signifikant häufiger geordneten Strukturen nach einer thermischen Behandlung. Darüber hinaus konnte hier eine Korrelation zwischen der elektronischen Struktur eines Hückel-Aromaten und der Si/T-Ordnung herausgearbeitet werden. Ergänzt wird die Arbeit durch Dichtefunktionaltheorieberechnungen, die zum einen Aufschluss über Formierungsenergien und somit über die potentielle Stabilität von bisher nicht berichteten Verbindungen geben. Zum anderen wurden die Bader-Ladungen der Atome berechnet, wodurch beispielsweise mögliche Überstrukturmodelle im tetragonalen Gitter auf nur ein plausibles Modell reduziert werden konnten. Abgerundet wird die Arbeit durch eigene Ergebnisse aus resonanten Synchrotronexperimenten, beispielhaft an dem Vertreter mit der größten Überstruktur: Ho2PdSi3. Für diese Verbindung gab es noch weitere mögliche Strukturmodelle, die jedoch dank der präsentierten Ergebnisse ausgeschlossen werden können.

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Original title (German)
Struktur und Eigenschaften der Seltenerd-Übergangsmetall-Silizide

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Imprint Pagination
169 p.