Untersuchung des thermischen und magnetischen Verhaltens von Fe2V1–xWxAl Heusler Verbindungen bei 4 bis 300 K und 0 bis 9 T

Abstract

Das Entstehen einer Spannung aufgrund einer Temperaturdifferenz entlang eines elektrischen Leiters beziehungsweise Halbleiters wird als Seebeck-Effekt bezeichnet. Die bei vielen industriellen Prozessen auftretende Abwärme könnte daher mit Hilfe dieses Effekts in elektrische Energie transformiert werden.In dieser Diplomarbeit wurden auf der Heusler-Verbindung Fe2VAl basierende Schichten hinsichtlich deren thermischen und magnetischen Eigenschaften untersucht. Der Fokus lag dabei im Wesentlichen auf der Messung vom spezifischen elektrischen Widerstand ρxx und des Hall-Widerstandes Rxy bei konstanten Temperaturen oder konstanten Magnetfeldernund in Folge dessen bei der Ermittlung des Hall-Koeffizienten RH, der Beweglichkeit der Ladungsträger μ und der Ladungsträgerdichte n, da diese wichtige Parameter zum Verständnis von thermoelektrischen Materialien für industrielle Anwendungen sind.Im Zuge der Arbeit wurden auf Fe2(V, W)Al basierten Proben mit unterschiedlich dotierten Anteilen von Wolfram-Atomen untersucht, um deren thermische und magnetische Eigenschaften zu vergleichen. Der Temperaturbereich der experimentellen Untersuchungen lag hier zwischen 4 und 300 K sowie bei magnetischen Feldern von 0 bis 9 T. Zur Ermittlung der thermoelektrischen Eigenschaften wurden Messungen mit Hilfe des Hall-Effektes und der Van-der-Pauw-Technik an einem 4He-Kryostaten durchgeführt, der mit einem supraleitenden Magneten ausgestattet ist.

The occurrence of a voltage due to a temperature difference along an electrical conductor or semiconductor is referred to as the Seebeck effect. The waste heat that occurs in many industrial processes could thus be transformed into electrical energy using this effect. In this thesis, thin layers based on the Heusler compound Fe2VAl were examined with regard to their thermal and magnetic properties. The focus was essentially on the measurement of the specific electrical resistivity ρxx and the Hall resistance Rxy at constant temperature or constant magnetic fields and subsequently on the determination of the Hallcoefficient RH, the mobility of the charge carriersμand the charge carrier density n, since these quantities are important parameters for understanding thermoelectric materials for industrial applications.In the course of the work, samples based on Fe2(V, W)Al with differently doped contents of tungsten were examined in order to compare their thermal and magnetic behavior. The temperature range of experiments here was between 4 and 300 K and for magnetic fields from 0 to 9 T. To determine the thermoelectric properties, measurements were carried out using the Hall effect and the Van der Pauw technique employing a4He-cryostat , which is equipped with a superconducting magnet.