Optische Eigenschaften von Uranmonochalcogeniden und UxLa1-xS unter hohem Druck

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Beschreibung

Das Ziel dieser Arbeit war die systematische Untersuchung der optischen und kristallographischen Eigenschaften der Uranmonochalcogenide und verdünntem Uransulfid unter hohen Drücken, um den Einfluss des Drucks und der chemischen Verdünnung auf den Lokalisierungsgrad der 5f-Elektronen zu bestimmen. Die Messungen der Kristallstruktur an US, USe und UTe und an den verdünnten Mischkristallen U0,8La0,2S, U0,4La0,6S und LaS zeigen sehr gute Übereinstimmung mit den Literaturwerten. Auch bei der Bestimmung der Phasenübergänge und der Kompressionsmoduln sind im Rahmen der Messungenauigkeiten gute Übereinstimmungen erreicht worden. Für US konnte ein Phasenübergang bei ~70 GPa identifiziert werden, ein Übergang in die bcc-Struktur kann dabei ausgeschlossen werden. Allein für USe wurde mit 79 GPa ein etwas höherer Kompressionsmodul bestimmt, der aber näher an den theoretischen Vorhersagen liegt. Für den Kompressionsmodul von U0,4La0,6S ist eine erhebliche Abweichung vom erwarteten linearen Verhalten bezüglich der Urankonzentration festgestellt worden. Bei den optischen Messungen unter Druck in der Reihe der Uranmonochalcogenide zeigt sich eine starke Zunahme der Lokalisierung vom US hin zum UTe. Diese Lokalisierung kann durch das Anlegen von Druck und die dadurch bedingte Verringerung der Gitterkonstante teilweise wieder aufgehoben werden. Bei einem Übergang in die kubisch raumzentrierte Kristallstruktur zeigen USe und UTe jeweils ein vollständig itinerantes Verhalten, was durch die jeweils stark verbreiterten 5f-Bänder des Urans erklärt werden kann. Die Plasmafrequenz, die in der Reihe der Monochalcogenide vom US zum UTe hin stark abfällt, kann durch das Anlegen von Druck wieder leicht erhöht werden, was mit einem Anstieg der Ladungsträgerkonzentration einhergeht. Beim Phasenübergang in die bcc-Phase nimmt diese für das USe und UTe jedoch schlagartig ab. Die Dämpfung der freien Elektronen bleibt für alle Monochalcogenide in der fcc-Phase nahezu unverändert, auch hier ist eine starke Veränderung nur durch den Phasenübergang zu verzeichnen, der beim USe und UTe einen Abfall um den Faktor 5 bzw. 6 bewirkt. Allgemein kann mit steigendem Druck ein zunehmend metallisches Verhalten beobachtet werden. Die Anpassungsrechnungen legen neben den stark gedämpften f-artigen Elektronen auch das Auftreten von schwach gedämpften d-artigen Elektronen bei niedrigen Drücken nahe.