Evolution of the structural, electronic and magnetic properties of NaxV2O5 as a function of the sodium concentration

Die sukzessive Interkalation von Natrium in das V2O5-Wirtsgitter bewirkt eine starke Verzerrung der anfangs schichtartigen Struktur. Zusätzlich ändert sich die formale Wertigkeit eines gewissen Anteils der vormals fünfwertigen Vanadium-Ionen (3d0-Konfiguration) zu V4+ (3d1-Konfiguration). Dadurch bilden sich in Abhängigkeit vom Na-Gehalt x verschiedene gemischtvalente Phasen aus, die Eigenschaften niedrigdimensionaler Ladungs- oder Spinsysteme aufweisen. In manchen dieser Phasen treten Übergänge von lokalisierten zu delokalisierten Ladungsträgern auf, wie z.B. Metall-Isolator- oder magnetische Übergänge, möglicherweise unter Ausbildung einer Ladungsordnung. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Natriumvanadiumbronzen NaxV2O5 poly- und einkristallin präpariert und eingehend charakterisiert. An qualitativ hochwertigen Einkristallen der Phasen Na1/3V2O5, NaV2O5, Na9/7V2O5 und Na2V3O7 wurden weitergehende Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften mittels AC- und DC-Suszeptibilitätsmessungen und des elektronischen Transportverhaltens mittels Messungen des elektrischen Widerstands und der Thermokraft angestellt. Darüberhinaus wurden auch Druckabhängigkeiten untersucht, da die Anwendung von äußerem Druck es ermöglicht, das Verhältnis der Wechselwirkungen innerhalb und zwischen den niedrigdimensionalen Strukturelementen zu verändern, d.h. die Anisotropie zu variieren, und somit Informationen über den Einfluß der Dimensionalität des Systems auf die physikalischen Eigenschaften zu erlangen. Die Ergebnisse werden zunächst einzeln für jede der Phasen diskutiert im Hinblick auf deren Besonderheiten. Schließlich erfolgt eine übergreifende und vergleichende Zusammenstellung der gemessenen Eigenschaften aller untersuchten Phasen, in der die Gemeinsamkeiten und Unterschiede aufgezeigt und diskutiert werden.The gradual intercalation of Sodium into the V2O5 host lattice causes strong distortions of the initially layered structure. Additionally, the formal valence of a certain part of the Vanadium ions changes from former 5+ (3d0 configuration) to then 4+ (3d0 configuration). Thus, dependent on the Na content x different mixed-valence phases form which exhibit properties of low dimensional charge or spin systems. In some of these phases the charge carriers undergo transitions from delocalized to localized states, e.g. metal-insulator or magnetic transitions, probably accompanied by charge ordering. In this thesis polycrystalline samples and single crystals of different Sodium Vanadium bronzes NaxV2O5 were prepared and intensely characterized. Further investigations on the magnetic properties and the electronic transport behavior were performed on high quality single crystals of the phases Na1/3V2O5, NaV2O5, Na9/7V2O5, and Na2V3O7 by AC- and DC-susceptibility measurements, and by electrical resistivity and thermal power measurements. Moreover, pressure dependencies have been studied. External pressure is expected to change the relative strength of interactions inside and between low dimensional structural elements, i.e. to vary the degree of anisotropy, and therefore can yield information about the influence of the dimensionality of the system on the different physical properties. First the results are discussed separately for each of the phases with respect to its peculiarities. Finally a comprehensive and comparative survey of the measured properties of all phases under investigation is given, showing and discussing the similarities and differences