Zwei Wege vom Mott-Isolator zum Metall: Dynamik korrelierter Ladungsträger
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Beim Mott-Übergang werden Metalle in einen isolierenden Zustand getrieben, weil die Elektron-Elektron-Wechselwirkung stark zunimmt. Wie bei jedem Phasenübergang erster Ordnung (z.B. Wasser und Eis) gibt es im Phasendiagramm einen Bereich der Koexistenz, in dem metallische und isolierende Regionen nebeneinander bestehen, wobei der Anteil der zwei Komponenten mit der Temperatur und Korrelationsstärke variiert. Diese elektronische Phasenseparation führt zu einer Divergenz der dielektrischen Konstante nahe der Perkolationsschwelle, wie unsere druck- und temperaturabhängigen optischen und dielektrischen Messungen an organischen Leitern erstmals zeigen. Durch die Kombination quantenmechanischer DMFT-Berechnungen mit der Effektiv-Medium-Theorie wird das Verhalten auch theoretisch modelliert. Von großem Vorteil war, unsere Modellsysteme als Quantenspinflüssigkeit keine magnetische Ordnung bis zu tiefsten Temperaturen zeigen, und somit das rein elektronische Phasendiagramm untersucht werden kann. Wir vermuten, dass auch bei anderen Metall-Isolator-Phasenübergängen ein Bereich der Koexistenz und Inhomogenität auftritt und schlagen diesbezügliche Untersuchungen vor. Wir konnten zudem mit der dielektrischen Spektroskopie eine integrale Methode etablieren, die Einblicke in die mikroskopische Struktur der Bulkmaterialien bietet und auch unter extremen Bedingungen eingesetzt werden kann (hohe aber auch ultratiefe Temperaturen, hohe Drücke oder starke Magnetfelder). Darüber hinaus zeigen die elektrodynamischen Eigenschaften von stark korrelierten Elektronensystemen trotz ihres im Wesentlichen metallischen Verhaltens häufig ein Maximum in der optischen Leitfähigkeit bei endlichen Frequenzen. Dieser verschobene Drude-Peak deutet auf eine beginnende Lokalisierung der metallischen Ladungsträger hin, wie sie von einer Theorie der transienten Lokalisierung vorgeschlagen wird. Weitere Untersuchungen sollen Aufschluss über das Temperaturverhalten der allmählichen Lokalisierung und die Skalierung mit der Wechselwirkungsstärke geben. Wir konnten die Temperatur- und Frequenzabhängigkeit der elektronischen Streurate bestimmen: dem quadratischen Temperaturverlauf des Widerstands entspricht ein quadratischer Anstieg mit der Frequenz. Erstmals konnte eine ω/T-Skalierung im Bereich der Fermi- Flüssigkeit als Funktion der Korrelationsstärke quantitativ bestimmt werden. Wir wollen zunächst noch eine Reihe weiterer organischer Leiter untersuchen und schließlich diese experimentellen Studien auf Übergangsmetalloxide ausweiten, die jedoch eine deutlich höhere Energieskala (Temperatur und Frequenz) haben.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Transition of a pristine Mott insulator to a correlated Fermi liquid: Pressure-dependent optical investigations of a quantum spin liquid. Physical Review B, 99(11).
Li, Weiwu; Pustogow, Andrej; Kato, Reizo & Dressel, Martin
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Molecular quantum materials: electronic phases and charge dynamics in two-dimensional organic solids. Advances in Physics, 69(1), 1-120.
Dressel, Martin & Tomić, Silvia
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Charge localization in strongly correlated κ−(BEDT−TTF)2Cu[N(CN)2]I due to inherent disorder. Physical Review B, 104(20).
Iakutkina, O.; Majer, L. N.; Biesner, T.; Uykur, E.; Schlueter, J. A. & Dressel, M.
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Chemical tuning of molecular quantum materials κ-[(BEDT-TTF)1−x(BEDT-STF)x]2Cu2(CN)3: from the Mott-insulating quantum spin liquid to metallic Fermi liquid. Journal of Materials Chemistry C, 9(33), 10841-10850.
Saito, Yohei; Rösslhuber, Roland; Löhle, Anja; Sanz, Alonso Miriam; Wenzel, Maxim; Kawamoto, Atsushi; Pustogow, Andrej & Dressel, Martin
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Dielectric Anomaly and Charge Fluctuations in the Non-Magnetic Dimer Mott Insulator λ-(BEDT-STF)2GaCl4. Crystals, 11(9), 1031.
Iakutkina, Olga; Rosslhuber, Roland; Kawamoto, Atsushi & Dressel, Martin
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Low-temperature dielectric anomaly arising from electronic phase separation at the Mott insulator-metal transition. npj Quantum Materials, 6(1).
Pustogow, A.; Rösslhuber, R.; Tan, Y.; Uykur, E.; Böhme, A.; Wenzel, M.; Saito, Y.; Löhle, A.; Hübner, R.; Kawamoto, A.; Schlueter, J. A.; Dobrosavljević, V. & Dressel, M.
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Phase coexistence at the first-order Mott transition revealed by pressure-dependent dielectric spectroscopy of κ−(BEDT−TTF)2Cu2(CN)3. Physical Review B, 103(12).
Rösslhuber, R.; Pustogow, A.; Uykur, E.; Böhme, A.; Löhle, A.; Hübner, R.; Schlueter, J. A.; Tan, Y.; Dobrosavljević, V. & Dressel, M.
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Pressure-Tuned Superconducting Dome in Chemically-Substituted κ-(BEDT-TTF)2Cu2(CN)3. Crystals, 11(7), 817.
Saito, Yohei; Löhle, Anja; Kawamoto, Atsushi; Pustogow, Andrej & Dressel, Martin
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Rise and fall of Landau’s quasiparticles while approaching the Mott transition. Nature Communications, 12(1).
Pustogow, Andrej; Saito, Yohei; Löhle, Anja; Sanz, Alonso Miriam; Kawamoto, Atsushi; Dobrosavljević, Vladimir; Dressel, Martin & Fratini, Simone
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Effect of hydrostatic pressure on the quantum paraelectric state of dipolar coupled water molecular network. Physical Review Research, 4(2).
Chan, Y. T.; Uykur, E.; Belyanchikov, M. A.; Dressel, M.; Abalmasov, V. A.; Thomas, V.; Zhukova, E. S. & Gorshunov, B.
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High-pressure investigations in CH3NH3PbX3 (X = I, Br, and Cl): Suppression of ion migration and stabilization of low-temperature structure. Physical Review B, 106(21).
Chan, Yuk Tai; Elliger, Natanja; Klis, Berina; Kollár, Márton; Horváth, Endre; Forró, László; Dressel, Martin & Uykur, Ece
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Pressure-dependent dielectric response of the frustrated Mott insulator κ-(BEDTTTF)2 Ag2(CN)3. Physical Review B, 107(7).
Rösslhuber, R.; Hübner, R.; Dressel, M. & Pustogow, A.
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Radio frequency dielectric measurements in diamond anvil cells. Review of Scientific Instruments, 94(2).
Chan, Yuk Tai; Uykur, Ece & Dressel, Martin
