Heuslerlegierungen

HeuslerLegierungen, auch Heusler-Verbindungen, bezeichnen eine Klasse intermetallischer Legierungen, die aus Übergangsmetallen und Hauptgruppenelementen bestehen und sich durch eine ausgeprägte Ordnungsordnung in bestimmten Kristallstrukturen auszeichnen. Typisch ist, dass sie ferromagnetische Eigenschaften zeigen, auch wenn die reinen Elemente unmagnetisch oder schwach magnetisch wären. Dadurch spielen sie eine zentrale Rolle in der Spintronik und verwandten Bereichen.

Struktur und Varianten: Die Voll-Heusler mit der Formel X2YZ besitzen eine L21-Struktur, bei der vier fcc-Unterstrukturen sich zu einem kubischen Gitter zusammensetzen. Die Halb-Heusler XYZ besitzen die C1b-Struktur, bei der einer der zentralen Gitterplätze fehlt. Häufig verwendete Elemente X und Y sind Übergangsmetalle (z. B. Ni, Co, Mn), Z ist ein Hauptgruppenelement (z. B. Al, Ga, Si, Ge).

Historie: Der Begriff geht auf den deutschen Physiker Fritz Heusler zurück, der 1903 erstmals zeigte, dass Cu2MnAl ferromagnetisch ist, obwohl Cu und Al selbst nicht ferromagnetisch sind. Seitdem wurden viele andere Heusler-Verbindungen untersucht und ihre magnetischen sowie elektronischen Eigenschaften systematisch erforscht.

Eigenschaften: Vollheusler zeigen oft hohe Curie-Temperaturen und können eine hohe Spinpolarisierung aufweisen, was sie zu Kandidaten für Spintronic-Anwendungen macht. Halb-Heusler können als halbheuslerische Halbleiter oder ferrimagnetische Materialien auftreten. Die Eigenschaften lassen sich durch chemische Substitution, Ordenungstiefe und mechanische Spannungen steuern.

Herstellung und Ordnung: Üblicherweise werden Legierungen im Vakuum-Schmelzverfahren oder Lichtbogen-Schmelzverfahren hergestellt und anschließend annealiert, um die L21- bzw. C1b-Ordnung zu erreichen. Unordnung (B2, A2) beeinflusst magnetische und elektronische Eigenschaften.

Beispiele: Ni2MnGa – bekannter magnetischer Formgedächtnis-Verbund; Co2MnSi – hochspin-polarisierte Vollheusler; CoTiSb – halbheuslerischer Halbleiter; Mn3Ga – ferrimagnetisch mit hoher Anisotropie. Anwendungen erstrecken sich von Speicher- und Logikbausteinen in der Spintronik bis zu magnetischen Sensoren und Magnetokalorik.