A chemical approach to Heusler compounds and nanoparticles

Heusler Materialien wurden bisher vor allem in Volumen- und Dünnfilmproben aufgrund ihrer technischen Bedeutung untersucht. In dieser Arbeit berichtet über die experimentellen Untersuchungen der chemischen Synthese, Struktur, und der magnetischen Eigenschaften von ternären Heusler-Nanopartikeln. Die grundlegenden Aspekte der Physik, Chemie und Materialwissenschaft bezüglich der Heusler Nanopartiikel wurden untersucht. Außerdem wurde eine silicatgestützte Herstellungsmethode für Karbon-ummantelte, ternäre intermetallische Co2FeGa Nanopartikel entwickelt. Die Bildung der L21 Co2FeGa Phase wurde mit Röntgenbeugung (XRD), Extended X-ray Absorption Fine Structure Spektroskopie (EXAFS), und 57Fe Mössbauer Spektroskopie bestätigt. Die Abhängigkeit der Phase und der der Größe der Co2FeGa Nanopartikel vom der Zusammensetzung der Precursor und des Silicats wurden untersucht. Durch das Koppeln der aus Transmissions-Elektronen-Mikroskopie (TEM) gewonnen Teilchengröße und der Mössbauerspektroskopie konnte die kritische Größe für den Übergang von superparamgnetischem zu ferromagnetischem Verhalten von Co2FeGa Nanopartikel ermittelt werden. Die silicatgestützte chemische Synthese von Co2FeGa Nanopartikeln besitzt großes Potential für eine generelle Herstellungsmethode für Co-basierte Heuser Nanopartikel. Des weiteren wurde auch eine chemische Herstellungsmethode von metallischen Nanopartikeln mit Synchrotronstrahlung untersucht, die so gewonnen Nanopartikel sind vielversprechende Materialien für die Nanobiotechnologie und die Nanomedizin.

Studies on Heusler compounds have been intensively focused on bulk and thin film samples due to their technical importance. This work reports the experimental investigations on the chemical synthesis, structure, and magnetic properties of ternary Heusler nanoparticles. The fundamental aspects in physics, chemistry and materials science underlining Heusler nanoparticles are investigated. Specifically, a chemical preparation of carbon coated, silica supported ternary intermetallic Co2FeGa nanoparticles is developed. The formation of L21 Co2FeGa phase is confirmed by X-ray diffraction (XRD), extended X-ray absorption fine structure (EXAFS), and 57Fe Mössbauer spectroscopy. The dependences of the phase and size of Co2FeGa nanoparticles on the precursor composition and silica supports are investigated. The coupling of transmission electron microscope (TEM) - derived particle size and Mössbauer spectroscopy specifies the critical size of Co2FeGa nanoparticles bridging superparamagnetism and ferromagnetism. The chemical synthesis approach for silica supported Co2FeGa nanoparticles exhibits great potential as a general method for Co-based Heusler nanoparticles. Furthermore, a chemical approach of radiation synthesis of metallic nanoparticles utilizing synchrotron X-rays is also explored and the thus synthesized metal nanoparticles are promising materials for nanoparticle based nanobiotechnology and nanomedicine.