The interplay of structural and electronic properties in transition metal oxides

In this thesis electronic structure calculations are applied to gain fundamental insight into physical mechanisms giving rise to specific material properties. The metal-insulator transitions of the vanadium Magnéli phases VnO2n-1 are studied by identifying the relevant electronic states and analyzing their response to structural modifications. This investigation is based on a systematic understanding of the various crystal structures, including those of VO2 and V2O3. It is possible to study the relations between structural and electronic properties at the metal-insulator transitions of the latter oxides on a common basis. Similar crystal structures allow for the knowledge of the phase transitions in the vanadium oxides to be transferred to the titanium Magnéli phases. Octahedral tiltings, as found in the ruthenates ACu3Ru4O12, are the most important class of structural distortions affecting perovskites. Analyzing the relationship between tiltings and electronic features paves the way for a universal picture of octahedral tilting. Furthermore, a family of quasi one-dimensional materials characterized by extraordinary magnetic properties is addressed. Motivated by band structure calculations for Ca3CoRhO6 the related compounds Ca3CoRhO6 and Ca3FeRhO6 are investigated, allowing for insight into the details of the magnetic coupling. In der vorliegenden Dissertation werden Bandstrukturrechnungen eingesetzt, um Einblicke in physikalische Mechanismen zu erlangen, welche charakteristische Materialeigenschaften zur Folge haben. Zur Untersuchung der Metall-Isolator-Übergänge der Vanadium Magnéli Phasen VnO2n-1 werden zuerst die relevanten elektronischen Zustände identifiziert und anschliessend deren Reaktionen auf strukturelle Modifikationen analysiert. Dieses Vorgehen basiert auf einem systematischen Verst ändnis der einzelnen Kristallstrukturen, einschliesslich derjenigen von VO2 sowie V2O3. Es ist möglich die Beziehungen zwischen den strukturellen und elektronischen Eigenschaften am Metall-Isolator- Übergang letztgenannter Oxide zu vergleichen. Ähnlichkeiten in der Kristallstruktur erlauben es, Erkenntnisse zu den Phasen Übergängen der Vanadiumoxide auf die Titan Magnéli Phasen zu übertragen. Oktaederverkippungen, wie sie in den Ruthenaten ACu3Ru4O12 vorzufinden sind, bilden die wichtigste Klasse struktureller Verzerrungen der Perowskite. Eine detaillierte Analyse der Beziehungen zwischen solchen Verzerrungen und der elektronischen Struktur führt zu einem umfassenden Verständnis der zugrunde liegenden Mechanismen. Weiterhin wird eine neue Familie quasi-eindimensionaler Materialien mit ungewöhnlichen magnetischen Eigenschaften betrachtet. Motiviert durch Bandstrukturrechnungen für den Vertreter Ca3Co2O6 gilt das Interesse den Verbindungen Ca3CoRhO6 sowie Ca3FeRhO6. Eine vergleichende Untersuchung dieser Substanzen gestattet Einblicke in die Details der magnetischen Kopplung.