Magnetfeldinduzierte Phasen in eindimensionalen (1D) antiferromagnetischen Quantenmagneten

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Stefan Süllow; Anja Wolter-Giraud, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 161578921

Niederdimensionale Quantenmagnete zeigen eine Vielzahl neuartiger Phänomene, so insbesondere exotische (feldinduzierte) Phasen. Speziell für den Fall geometrischer Frustration der magnetischen Kopplungspfade wurden inzwischen eine Vielzahl unterschiedlicher und neuartiger Phasen beobachtet, ohne dass bislang ein wirklich umfassendes theoretisches Verständnis vorliegt. Insofern besteht in diesem Themenbereich auf experimenteller Seite Bedarf nach einer detaillierten Beschreibung derartiger Phasen, um so Vorgaben für die theoretische Modellierung zu liefern.Im Rahmen dieses Nachfolgeprojekts sollen solche feldinduzierten Phasen an frustrierten niederdimensionalen Quantenmagneten untersucht werden, da diese in einzigartiger Weise Modellsysteme darstellen, welche (nahezu exakt) rechenbar sind. Das Projekt umfasst dabei Untersuchungen zu (i) den feldinduzierten Phasen in der frustrierten Heisenbergkette Linarit sowie (ii) zu den (druckabhängigen) Grundzustandseigenschaften des Kagome-Systems Haydeeite. Im Rahmen des Vorläuferprojektes haben wir erstmals die Verbindung Linarit PbCuSO_4(OH)_2 umfassend mit mikro- wie makroskopischen Techniken charakterisiert. Als Resultat unserer Untersuchungen haben wir das Material als frustrierte Spinkette modellieren können, mit einem ferromagnetischen nächsten-Nachbar und einen antiferromagnetischen übernächsten-Nachbar-Austausch. Weiterhin haben wir erstmals eine Reihe von ungewöhnlichen feldinduzierten Phasen identifiziert, welche wiederum eine Vielzahl von offenen Fragestellungen aufwerfen. Diese Fragestellungen sollen nun weitergehend untersucht werden.Darüber hinaus sollen in einem zweiten Teilprojekt die Eigenschaften des frustrierten Kagome-Gitters Haydeeite Cu_3Mg(OH)_6Cl_2 detailliert untersucht werden. Jüngste Veröffentlichungen erbringen Widersprüche zwischen theoretischen Vorhersagen und experimentellen Befunden, wobei letztere in sich auch noch nicht schlüssig und umfassend vorliegen. Mit unserer Erfahrung in der Bestimmung komplexer Zustände in derartigen frustrierten Magneten planen wir eine entsprechende Untersuchung zu den Eigenschaften von Haydeeite.Um ein besonders kohärentes Bild der zugrundeliegenden Phänomene zu erlangen, sind in beiden Fällen thermodynamische Untersuchungen in Kombination mit mikroskopischen NMR-Untersuchungen und (in)elastischer Neutronenstreuung geplant, dieses als Funktion externer Parameter wie Druck oder magnetisches Feld.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Australien
• Kooperationspartnerin: Dr. Kirrily Rule