Dans cette thèse nous avons évalué l'effet de la substitution partielle du cobalt par des éléments non-magnétiques de type p (M) sur les propriétés structurales et magnétiques des composés RCo5. Les échantillons ont été synthétisées par fusion dans un four à induction, puis caractérisés en utilisant des nombreuses techniques expérimentales: diffraction de rayons X et de neutrons, microscopie électronique à balayage, magnétométrie, susceptométrie en courant alternatif et spectroscopie photoélectronique par rayons X.Tous les composés de type RCo5-xMx (R= Pr, Sm, Tb, Er et Tm; M= Si, Ge, Al, Ga; x=0,5 et x=1) étudiés gardent la structure cristalline de type CaCu5 des composés de départ RCo5, mais les paramètres de la maille cristalline sont modifiés par la présence des éléments M. Le domaine de stabilité thermique des phases RCo5-xMx est notablement modifié par la présence d'élément métalloïde en substitution sur les sites du cobalt. Il peut être étendu pour Al et Ga et réduit pour Si et Ge. Les atomes de l'élément M sont localisés préférentiellement sur le site cristallographique Co 3g. La solubilité des éléments Ge et Si dans la structure RCo5 est trouvée être inférieure à celle des métalloïdes ayant un électron de moins tels que Al et Ga.La substitution M/Co a une influence importante sur les propriétés magnétiques des composés RCo5. La température d'ordre et l'aimantation spontanée diminuent significativement après le remplacement partiel du cobalt par l'élément métalloïde. Ces modifications sont induites par l'évolution des interactions d'échange en particulier Co-Co mais aussi par la réduction de l'aimantation du Co liée à sa sensibilité au voisinage atomique et magnétique local. La direction de facile aimantation à la température ambiante est préservée le long de l'axe cristallographique c pour tous les échantillons étudiés. Dans quelques composés RCo5-xMx (R = Sm, Er et Tm) la substitution de M au cobalt change le mécanisme de coercitivité par rapport aux composés de départ RCo5. Une coercitivité élevée a été détectée à basse température, surtout pour les composés SmCo4Al et SmCo4Ga, qui présentent aussi des champs d'anisotropie énormes, bien supérieurs à ceux de phase SmCo5.Les expériences XPS sur les composés de type RCo5-xMx ont détecté la réduction de la densité d'états électroniques au niveau de Fermi par rapport aux composés de type RCo5. La bande 3d du cobalt est remplie lors de la substitution M/Co et conduit à un moment magnétique du cobalt réduit. / In this work we have evaluated the effect of the partial substitution of cobalt with non-magnetic p-type elements (M) on the structural and magnetic properties of RCo5 compounds. The samples were prepared by alloying in an induction furnace and were characterized using various experimental techniques: X-ray and neutron diffraction, scanning electron microscopy, magnetometry, AC susceptometry and X-ray photoelectron spectroscopy.All of the studied RCo5-xMx compounds (R=Pr, Sm, Tb, Er and Tm; M=Si, Ge, Al and Ga; x=0.5 and x=1) maintain the CaCu5 crystal structure of the RCo5 compounds, however the lattice parameters are modified due to the presence of M elements. The thermal stability range of the RCo5-xMx phases is modified significantly due to the Co site substitutions. The thermal stability increases for Al and Ga substitutions and decreases when M is Si or Ge. The M atoms were found to preferentially occupy the Co 3g site. The solubility of Ge and Si in the RCo5 structure is inferior to that of metalloid elements with one less electron, such as Al and Ga. The M/Co substitution has an important influence on the magnetic properties of RCo5 compounds. The ordering temperature and the spontaneous magnetization are significantly reduced after the partial substitution of cobalt by the metalloid elements. These changes are induced in particular by the evolutions of the Co-Co exchange interactions and also by the reduction of the Co magnetization due to the sensitivity of Co to the local atomic and magnetic vicinity. The easy magnetization direction at room temperature is preserved along the c-axis for all of the studied samples. In several RCo5-xMx (R = Sm, Er and Tm) compounds the substitution of Co with M atoms changes the coercivity mechanism compared to RCo5. A higher coercivity was found at low temperatures, especially for SmCo4Al and SmCo4Ga compounds, which also show huge values of the anisotropy field, well above the ones found in SmCo5.The XPS measurements on RCo5-xMx compounds show a reduction of the density of states at the Fermi level compared to the RCo5 compounds. There is a filling of the Co 3d band following the M/Co substitution, leading to a lower Co moment.

Magnetic nanoparticles have received extensive attention in the biomedical research, e.g. as prospective contrast agents for T2-weighted magnetic resonance imaging. The ability of a contrast agent to enhance the relaxation rate of 1 H in its vicinity is quantified by relaxivity. The main aim of this thesis is to evaluate the transversal re- laxivity of ε-Fe2−x Alx O3 nanoparticles coated with amorphous silica or citrate - its dependence on external magnetic field, temperature and thickness of silica coating - by means of nuclear magnetic resonance. The aluminium content x = 0.23(1) was determined from XRF, the material was further characterised by XRPD, Möss- bauer spectroscopy, DLS, TEM and magnetic measurements. The size of magnetic cores was ∼ 21 nm, the thickness of silica coating ∼ 6,10,17 and 21 nm. Magne- tization of the ε-Fe2−x Alx O3 nanoparticles increased by ∼ 30 % when compared to ε-Fe2O3. The saturating dependence of relaxivity on external magnetic field and on the linear decrease with increase of thickness of silica coating contravene the theo- retical model of motional averaging regime (MAR); nevertheless, the temperature dependence acquired in 0.47 T and 11.75 T may be explained by MAR. In compari- son to ε-Fe2O3 nanoparticles, the relaxivity of examined samples was higher for par-...

Title: Ground state investigations of Ce and U intermetallic compounds Author: Attila Bartha Department: Department of Condensed Matter Physics Supervisor: RNDr. Jan Prokleška, Ph.D., Department of Condensed Matter Physics Abstract: Rare earth and actinide intermetallic compounds offer a plethora of interesting physical properties due to the varied behavior of f -electrons together with numerous interactions these electrons are exposed to. In this thesis we address a broad spectrum of ground state investigations on CePd2X3 (X=Zn, Ga) and (Ce,U)nTIn3n+2 (T=Rh, Ir) compounds. Single crystals of CePd2Zn3 and CePd2Ga3 compounds were synthesized for the first time using Bridgman method. CePd2Ga3 revealed a ferromagnetic transition with TC = 6.7 K with a strong magnetocrystalline anisotropy. CePd2Zn3 orders antiferromagnetically below TN = 1.9 K. Results of magnetization measurements on Ce2IrIn8 revealed effective magnetic moment µeff = 2.45µB/Ce3+ and a paramagnetic Curie temperature θP = −31 K. Decomposition of Hall resistivity ρxy(B) into NHE and AHE revealed a predom- inance of AHE in the temperature range from 60 K up to 100 K. Ce2RhIn8 was studied by means of magnetic field and angle dependent magnetization and heat capacity measurements. The resulting phase diagram reveals a complete unfold- ing and...

Mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie wurden magnetische Eigenschaften an 3d Elementen und Legierungen und 5f Verbindungen untersucht. Dabei wurde auf die Wichtigkeit von Orbitalpolarisationskorrekturen eingegangen und diese näher erörtert. Im ersten Anwendungsteil wurden magnetische Momente und die Magnetokristalline Anisotropie Energie an 3d Elementen untersucht. Des Weiteren wurden FeCo Legierungen als mögliche Bestandteile in der Festplattenindustrie diskutiert. Im letzten Abschnitt wurden Uranverbindungen in Hinsicht auf Ihre Orbitalpolarisation untersucht.:1 Introduction 1 2 Theoretical Considerations 5 2.1 Quantum Mechanics Applied to Solids . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.2 Density Functional Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1 non-Relativistic DFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1.1 Hohenberg and Kohn . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1.2 Kohn-Sham Equations . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.1.3 Local Density Approximation and More . . . . 12 2.2.2 Relativistic DFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.3 FPLO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.4 Magneto-Crystalline Anisotropy Energy . . . . . . . . . . . . . . 18 2.5 Disorder within DFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 3 Orbital Polarisation in DFT 23 3.1 Hund’s Rules in DFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.2 An Introduction to OPC and DFT . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.1 OPC Brooks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3.2.2 OPC Eschrig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 4 Transition Metals 39 4.1 Fe, Co, and Ni . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.1.1 Calculational Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.1.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 4.1.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 4.2 Fe1−xCox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.2 Fixed Spin Moment Calculations . . . . . . . . . . . . . . 50 4.2.3 Epitaxial Bain Path . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.2.4 Calculational Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.2.5 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 4.2.6 LSDA vs. GGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 4.2.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5 Uranium Compounds 75 5.1 UX, with X = (N, P, As, Sb, O, S, Se, and Te) . . . . . . . . 77 5.1.1 UN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.1.2 UX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 5.1.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 5.2 UM2, with M = (Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, and Zn) 90 5.2.1 Calculational Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 5.2.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.3 UAsSe, USb2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.3.1 Calculational Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.3.2 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.3.3 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 6 Summary and Outlook 101 A Definitions i A.1 Spherical Harmonics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i A.2 Other Definitions Used in Text . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ii B Input Parameters for the Racah Parameter iii B.1 d-Shells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii B.2 f-Shells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v Biblography vi Acknowledgement xxiv Versicherung xxvii

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Le domaine de l’enregistrement magnétique est en constante évolution pour repousser davantage les limites de stockage de l’information, une approche prometteuse étant l’enregistrement perpendiculaire. Le matériau faisant l’objet de ce manuscrit est le ferrite de cobalt CoFe2O4 (= CFO). Ses propriétés font de lui un candidat prometteur pour la réalisation de dispositif à enregistrement perpendiculaire, cela passant par le contrôle de sa direction de facile aimantation.Ce travail de thèse traite ainsi de la modification de l’anisotropie magnétocristalline du CFO en couche mince par dopage aux éléments de terres rares. Nous avons démontré la possibilité de moduler la direction de facile aimantation du CFO non dopé, en modifiant la pression partielle en O2/N2 lors de l’élaboration. Nous avons également mis en évidence l’insertion des éléments lanthanides dans la structure du CFO ainsi que l’impact de l’anisotropie de la terre rare sur les propriétés magnétiques du matériau. / The field of magnetic storage is in constant progress to constantly push further the storage capacity of the device. A promising approach is the perpendicular magnetic recording of datas. The material presented in this manuscript is cobalt ferrite. It is an excellent candidate for the realization of perpendicular storage device due to its properties. The present work deals with the modification of the magnetic anisotropy by doping the ferrite cobalt thin films with rare earth elements. We have demonstrated the possibility to modulate the easy magnetization axis of undoped cobalt ferrite by changing the partial pressure of O2/N2 during the elaboration of the thin films. We have also highlighted the insertion of rare earth elements into the structure of the cobalt ferrite although their important ionic radii. The impact of the rare earth anisotropy on the magnetic properties of the ferrite cobalt has also been observed.

La thèse porte sur la synthèse et l'étude des propriétés magnétiques de borates de fer-gallium,FexGa1-xBO3 avec 0 supérieur ou égal à x supérieur ou égal à 1. Ces matériaux sont prometteurs pour les applications; en plus, grâce à la présence, en fonction de x, de différents types d’ordre magnétique, ils sont bien adaptés au traitement de nombreux problèmes du magnétisme des solides.Le borate de fer, FeBO3 est un antiferromagnétique possédant un plan de facile aimantation et un faible ferromagnétisme. Les caractéristiques du borate de fer sont radicalement modifiées par substitution isomorphe fer – gallium diamagnétique.Nous avons mis au point une route de synthèse de monocristaux FexGa1-xBO3 de haute qualité. Comme principales techniques expérimentales, nous avons choisi les résonances magnétiques électronique (RME) et nucléaire (RMN). Selon le contenu du fer, nous avons observé:(i) la résonance antiferromagnétique, (ii) la résonance de clusters magnétiques et (iii) la résonance paramagnétique électronique (RPE). Les différents états magnétiques ont été identifiés et leurs caractéristiques – la température de Néel, le champ de Dzyaloshinskii-Moriya; les paramètres de l’hamiltonien de spin de Fe3+, etc.– ont été déterminées. La coordinence et la symétrie de sites de 11B et 71Ga ont été précisées par RMN à rotation sous l’angle « magique » (MAS). Moyennant la simulation des spectres de RPE et de MAS RMN, à l’aide de codes mis au point ad hoc, les distributions de paramètres dues au désordre local ont été déterminées. L’analyse théorique, tenant compte de contributions du champ cristallin et de l’interaction dipôle-dipôle, permet d’expliquer l’anisotropie magnétocristalline de volume et de surface. / The thesis is concerned with synthesis and studying magnetic properties of iron-galliumborates, FexGa1-xBO3 with [0 supérieur ou égal à x supérieur ou égal à 1]. These materials are promising candidates for applications;besides, occurrence of different types of magnetic ordering, depending on x, makes them suitablefor treating a number of fundamental problems in solid state magnetism.Iron borate, FeBO3 is a two-sublattice easy-plane antiferromagnet with weakferromagnetism. Physical characteristics of iron borate are radically modified by isomorphoussubstitution of a part of iron by diamagnetic gallium.We have started with developing a synthesis route for growing high-quality FexGa1-xBO3single crystals. As main experimental techniques, we have chosen Electron and Nuclear MagneticResonances (EMR, NMR). Depending on iron contents and temperature, we have observed:(i) Antiferromagnetic, (ii) Cluster Magnetic and (iii) Electron Paramagnetic Resonance (EPR).Different magnetic states have been identified and their characteristics: Néel temperature,Dzyaloshinskii-Moriya field; spin Hamiltonian parameters of isolated Fe3+ ion, etc., have beendetermined. Coordination and site symmetry of 11B and 71Ga nuclei have been specified by meansof Magic Angle Spininng (MAS) NMR. Carrying out computer simulations of EPR and MASNMR spectra with laboratory-developed codes, the parameter distributions caused by localdisorder have been determined. Theoretical analysis taking into account crystal field and dipoledipolecontributions allow interpreting volume and surface magnetocrystalline anisotropy of thecrystals.

Die vorliegende Arbeit präsentiert die ersten detaillierten Untersuchungen des Spin-Reorientierungs-Übergangs in epitaktischen NdCo5-Schichten. Die Proben, die mit gepulster Laserdeposition hergestellt wurden, konnten sowohl als in-plane- als auch als out-of-plane-texturierte Schichten präpariert werden. Für beide Wachstumsvarianten ergaben Röntgendiffraktometrie- und Texturmessungen eine sehr gute Texturierung mit einer nahezu einheitlichen Orientierung der c-Achse, die eine Untersuchung der magnetischen Eigenschaften entlang ausgewählter kristallografischer Richtungen ermöglichte. Die globalen Magnetisierungsmessungen der In-plane-Proben zeigten einen Spin-Reorientierungs-Übergang von einer magnetisch leichten c-Achse für Temperaturen oberhalb von 310 K über einen magnetisch leichten Kegel hin zu einer magnetisch leichten Ebene (a-Achse) unterhalb von 255 K. Die Übergangstemperaturen liegen damit geringfügig über den bisher an Massivproben gemessenen Werten. Aus den magnetischen Hysteresemessungen wurden die magnetokristallinen Anisotropiekonstanten erster und zweiter Ordnung für den Temperaturbereich der magnetisch leichten c-Achse und der magnetisch leichten Ebene ermittelt. Die Untersuchungen der Out-of-plane-Proben wiesen die Existenz einer magnetokristallinen Anisotropie höherer als zweiter Ordnung nach. Sie bewirkt ein unterschiedliches Schaltverhalten der parallel zur a- bzw. b-Achse gemessenen magnetischen Hysteresekurven im Temperaturregime der magnetisch leichten Ebene. Für die in-plane-texturierten Schichten wurde das Domänenmuster und dessen Änderung mit der Temperatur im gesamten Spin-Reorientierungs-Bereich analysiert. Diese Untersuchungen basieren auf in Kooperation mit der Universität Hamburg durchgeführten SEMPA-Messungen. Oberhalb von 318 K liegt eine Zweidomänenkonfiguration mit einer Ausrichtung der Magnetisierung parallel zur c-Achse vor, die beim Abkühlen in das Regime des magnetisch leichten Kegels in einen Vierdomänenzustand übergeht. Unterhalb von 252 K bildet sich eine Zweidomänenkonfiguration mit parallel zur a-Achse orientierter Magnetisierung. Diese lokalen Messungen bestätigten den Spin-Reorientierungs-Übergang mit zu den globalen Magnetisierungsmessungen vergleichbaren Übergangstemperaturen. Für charakteristisch orientierte Domänenwände erfolgten genauere Analysen der Magnetisierungsprozesse in den angrenzenden Domänen. Um ein erweitertes Verständnis der Domänenkonfiguration, deren Temperaturabhängigkeit und der vorhandenen Domänenwände zu erarbeiten, erfolgten mikromagnetische Simulationsrechnungen für ausgewählte Temperaturen. Die Berechnungen wurden sowohl für homogene Systeme als auch für Geometrien mit verschiedenen Pinningzentren durchgeführt. Die Analyse der Domänenwände ergab, dass ihr Bloch- oder Néel-Charakter und die Domänenwandweite von der Temperatur sowie ihrer Ausrichtung parallel zur c- oder a-Achse abhängt. / This thesis presents the first detailed investigation of the spin-reorientation-transition in epitaxial NdCo5 thin films. The samples were prepared by pulsed laser deposition as in-plane or out-of-plane textured films. For both kinds of samples X-ray diffraction and texture measurements revealed a high degree of texture with one common orientation of the c-axis within the film, which allowed an investigation of the magnetic properties along distinct crystallographic directions. Global magnetization measurements of the in-plane textured films showed a spin-reorientation from a magnetic easy axis (c-axis) at temperatures above 310 K via a magnetic easy cone to a magnetic easy plane (a-axis) at temperatures below 255 K. The transition temperatures are slightly higher than values reported for bulk samples. The magnetocrystalline anisotropy constants of first and second order were determined for the regime of the magnetic easy axis and plane. Measurements of the out-of-plane textured films verified the existence of a magnetocrystalline anisotropy of order larger than two, which becomes obvious from a different magnetic switching behavior along the a- and b-axis in the temperature regime of the magnetic easy plane. The domain structure and its changes with temperature were investigated for the in-plane textured films. There exists a two domain state at temperatures above 318 K with an orientation of the magnetization parallel to the c-axis from which a four domain state evolves when cooling down the sample to the easy cone state. Finally, a two domain state exists in the regime of the magnetic easy plane (easy a-axis) with an orientation of the magnetization parallel to the a-axis at temperatures below 252 K. The local measurements confirm the spin-reorientation-transition with transition temperatures comparable to those derived from global magnetization measurements. In addition, a detailed analysis of the magnetization processes for some characteristically oriented domain walls was performed. Micromagnetic simulations were carried out for selected temperatures to achieve a deeper understanding of the temperature dependence of the domain configuration and of the domain walls. The simulations considered homogeneous systems as well as systems with pinning centers. An analysis of the domain walls showed that their character and width depend on temperature and the orientation parallel to the a- or c-axis.

Theoretische Berechnungen sagen für tetragonal gedehntes Fe-Co eine hohe magnetokristalline Anisotropie voraus, wie sie für seltenerdfreie Dauermagnetwerkstoffe vorteilhaft wäre. In dieser experimentellen Arbeit werden epitaktische Fe-Co-Schichten strukturell und magnetisch charakterisiert. Zur Untersuchung der Dehnung in diesen Schichten eignen sich AuxCu100-x-Pufferschichten besonders, da über die Stöchiometrie (x) deren lateraler Gitterparameter eingestellt werden kann. Wird Fe-Co auf einer solchen Pufferschicht abgeschieden, erfolgt aufgrund dessen hoher elastischer Energie schon in den ersten Monolagen eine vollständige Relaxation der pufferinduzierten Dehnung. In ternären Fe-Co-X-Schichten, in denen kleine X-Atome (X = B, C oder N) Oktaederlücken besetzen, wird jedoch eine spontane tetragonale Dehnung c/a bis zu 1,05 beobachtet. Entlang der gedehnten c-Achse tritt eine uniaxiale magnetokristalline Anisotropie auf, die für B- oder C-Zulegierungen von 2 at% eine maximale Anisotropiekonstante von 0,4 MJ/m³ zeigt. Wird der X-Gehalt weiter erhöht, nehmen die Kristallinität der Schichten und die magnetische Anisotropie ab. Neben der magnetokristallinen Anisotropie des Schichtvolumens wird an den Fe-Co(-X)-Schichten eine hohe Grenzflächenanisotropie beobachtet. Der Beitrag der freien Oberfläche übersteigt den der Au-Cu-Grenzfläche dabei deutlich. / Theoretical calculations predict a high magnetocrystalline anisotropy for tetragonally strained Fe-Co, which would be beneficial for rare-earth free permanent magnet materials. In this experimental work, epitaxial Fe-Co films are investigated structurally and magnetically. AuxCu100-x buffer layers are very suitable to study the strain in these films since their in-plane lattice parameter can be tailored via the applied stoichiometry (x). However, when Fe-Co is deposited on such a buffer layer, the induced strain of the Fe-Co lattice relaxes completely within the first monolayers, due to its high elastic energy. In ternary Fe-Co-X films, where small atoms X like B, C or N occupy octahedral interstitial sites, a spontaneous strain c/a up to 1.05 is observed. A uniaxial magnetocrystalline anisotropy along the strained c axis appears. Their maximum anisotropy constant is 0.4 MJ/m³ for B or C contents of 2 at%. If the X content is further increased, the crystallinity and thus, the magnetic anisotropy of the films degrade. Together with the magnetocrystalline anisotropy of the films’ volumes, a high interface anisotropy is observed for the Fe-Co(-X) films. The contribution of the free surface clearly exceeds the contribution of the Au-Cu interface.

The large magneto-crystalline anisotropy energy of the L10 phase has pushed the interest to the FePt nanoparticles to get smallest possible not superparamagnetic particles for magnetic data storage media. The DC magnetron sputtering process, in an inert gas atmosphere and subsequently ejection into high vacuum via differential pumping in addition with a newly constructed light furnace, allows us to have a predeposition annealing of FePt nanoparticles. The advantage compared to wet chemical process route is, that we can prevent the growing of particles on a substrate. In order to determine the experimentally hardly accessible temperature of the particles, the thermal history of the particles is rather calculated from the interaction with the light field along the flight path through the light furnace used for the in-flight annealing. The results obtained for the particle temperature are corroborated by experimental findings on the sintering of agglomerated particles and change in magnetic properties due to heating over the L10 stability temperature. The experiments reveal that the effect of the thermal treatment on both the structural and magnetic properties of the FePt nanoparticles strongly depends on the particles’ crystal structure. The magnetic behavior shows a size depending effective uniaxial magnetic anisotropy constant. This behavior is strongly correlated to the structure of the 5 nm to 8 nm L10 FePt particle.:Einleitung 1 Grundlagen 1.1 Eisen-Platin Nanopartikel 1.1.1 Das System Eisen-Platin 1.1.2 Die A1 - L10 Phasenumwandlung 1.1.3 Größeneinflüsse auf Phasenstabilität und strukturelle Allotropie 1.2 Magnetische Eigenschaften 1.2.1 Magnetokristalline Anisotropieenergie 1.2.2 Ummagnetisierungsverhalten nach Stoner-Wohlfarth (SW) 1.2.3 Ummagnetisierungsverhalten mit kubischer Anisotropie 1.2.4 Skalierungseffekte - Superparamagnetismus 1.2.5 Magnetische Wechselwirkungen zwischen Partikeln 1.3 Nanopartikelentstehung und Thermodynamik der Phasenbildung 1.3.1 Nukleation von Nanopartikeln aus der Gasphase 1.3.2 Partikelwachstum 1.4 Definition der Fragestellung 2 Experimentelles und Methoden 2.1 Das Nanopartikel-Depositions-System 2.2 Konstruktion und Aufbau des Lichtofens 2.2.1 Vermessung der Lichtofenleistung 2.2.2 Justage des Lichtofens 2.3 Optische Wärmebehandlung von Nanopartikeln 2.3.1 Wärmeströme 2.3.2 Absorptionsquerschnitt 2.3.3 Dielektrische Funktion 2.3.4 Schwarzkörperstrahlung 2.3.4.1 Beschreibung des Spektrums von Halogenlampen 2.3.4.2 Abstrahlungsleistung von Nanopartikeln 2.4 Berechnung der Partikeltemperatur 2.4.1 Optische Konstanten für L10-FePt Nanopartikel 2.4.2 Strahlungsverhalten freier Partikel 2.4.3 Numerische Berechnung der Partikelgeschwindigkeit 2.4.4 Experimentelle Bestimmung der Wärmekapazität von FePt 2.4.5 Bestimmung der Partikeltemperatur durch iterative Integration 2.4.6 Zusammenfassende Bewertung zum Optischen Heizen 2.5 Charakterisierung mittels TEM- und HRTEM-Analysen 2.5.1 Bestimmung der Größenverteilung 2.5.2 Bestimmung des Agglomerationsgrades 2.5.3 Auswertung der Kristallstruktur mittels HRTEM 2.6 Magnetisierungsmessungen 2.6.1 Magnetische Charakterisierung mittels VSM-Messungen 2.6.2 Messung der Hysterese-Schleife 2.6.3 Remanenzanalyse 3 Sintern von Partikeln 3.1 Optisches Heizen im Flug 3.2 Diskussion 4 Optimierung der Herstellungsparameter anhand HRTEM-Strukturanalyse 4.1 Einzelpartikel 4.1.1 Ungeheizte Einzelpartikel 4.1.2 Geheizte Einzelpartikel 4.2 Partikel-Agglomerate 4.2.1 Ungeheizte Agglomerate 4.2.2 Geheizte Agglomerate mit hohem Targetalter 4.2.3 Geheizte Agglomerate mit geringem Targetalter 4.3 Diskussion 5 Magnetische Eigenschaften geheizter Partikel 5.1 Einfluss der Wärmebehandlung auf die magnetische Hysterese 5.1.1 Überheizen kleiner Partikel 5.1.2 Überheizen großer Partikel 5.2 Magnetisierungsprozess 5.2.1 Messung des Remanenzverhaltens kleiner und großer Partikel 5.2.2 Temperaturabhängigkeit der Schaltfeldverteilung 5.3 Diskussion 6 Korrelation der effektiven Anisotropie mit der Partikelgrößenverteilung 6.1 Bestimmung der effektiven uniaxialen und kubischen Anisotropieverteilung 6.2 Korrelation der Partikelgröße mit der Anisotropie für kleine Partikel 6.3 Korrelation der Partikelgröße mit der Anisotropie für große Partikel 6.4 Diskussion 7 Zusammenfassung Literaturverzeichnis