Hochfeld- und Hochfrequenz-Elektronen-Spin-Resonanz-Spektrometer
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Elektronen-Spin-Resonanz-Spektroskopie bei hohen Frequenzen und Magnetfeldern (HF-ESR) ist eine für die Erforschung magnetischer Systeme wichtige und sehr vielfältig einsetzbare Methode, die durch das Projekt als eine zentrale Messmethode der Arbeitsgruppe „Elektronische Korrelationen und Magnetismus“ in Heidelberg etabliert wurde. Das Spektrometer wurde in Betrieb genommen und wird erfolgreich zur Untersuchung oftmals niedrigdimensionaler korrelierter Spinsysteme, metall-organischer Komplexe, sowie Batteriematerialien eingesetzt. Die bisherigen Messungen an über 50 verschiedenen Materialien zeigen, wie die HF-ESR Informationen über lokale Kristallfelder, Spin-Bahn- und Spin-Spin-Wechselwirkungen, über die Spin- und Gitterdynamik, magnetisch geordnete Zustände und über deren niederenergetische Anregungen liefert. Diese Messungen sind im Rahmen von bislang 13 Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten erfolgt. Beispiele sind u.a. die Untersuchung der antiferromagnetischen Resonanzmoden in hexagonalen Spinsystemen mit langreichweitig geordnetem Grundzustand, mit deren Hilfe z.B. einerseits der Einfluss der Anisotropie quantifiziert wird und andererseits durch die Kombination mit thermodynamischen Messgrößen das Wechselspiel zwischen magnetischer Kopplung, Anisotropie und externen Magnetfeldern untersucht wird. Im Bereich der paramagnetischen Resonanz wird darüber hinaus die Entstehung kurzreichweitiger magnetischer Ordnung weit oberhalb der magnetischen Ordnungstemperaturen in den oftmals frustrierten Quantenspinsystemen nachgewiesen. Eine besondere Aussagekraft haben HF-ESR Untersuchungen auch für metall-organische Systeme, in denen selektiv die Spinzustände einzelner Moleküle, deren magnetische Anisotropie und dynamischen Eigenschaften, aber auch der Einfluss der Kopplung quantifiziert werden kann. Dies zeigt sich z.B. bei heteronuklearen 4f-3d Systemen, in dem neben der 3D Anisotropie auch sehr kleine magnetische Kopplungen bestimmt wurden. Insgesamt wurde durch den Aufbau des Spektrometers eine Lücke bei den in Heidelberg vorhandenen experimentellen Möglichkeiten geschlossen und es ist eine international konkurrenzfähige Apparatur etabliert worden, mit deren Hilfe die in der eigenen Arbeitsgruppe synthetisierten und charakterisierten Einund Polykristalle untersucht werden. Darüber hinaus sind bereits jetzt viele neue Kooperationen mit synthetisch arbeitenden Gruppen in der Chemie und Festkörperphysik entstanden, und die Apparatur ist ein Bestandteil der forschungsnahen Ausbildung der Studierenden in Bachelor- und Masterprojekten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Electronic structure and magnetic properties of the strong-rung spin-1 ladder compound Rb3Ni2(NO3)7
Z. V. Pchelkina, V. V. Mazurenko, O. S. Volkova, E. B. Deeva, I. V. Morozov, S. I. Troyanov, J. Werner, C. Koo, R. Klingeler, and A. N. Vasiliev
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.144420) - Magnetic interactions in a series of homodinuclear lanthanide complexes, Inorg. Chem. 54, 11247-11258 (2015)
P. Comba, M. Großhauser, R. Klingeler, C. Koo, Y. Lan, D. Müller, J. Park, A. Powell, M.J. Riley, H. Wadepohl
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5b01673) - 1/3 magnetization plateau and frustrated ferrimagnetism in a sodium iron phosphite, Phys. Rev. B 93, 134401 (2016)
A. N. Vasiliev, O. S. Volkova, E. A. Zvereva, E. A. Ovchenkov, I. Munaò, L. Clark, P. Lightfoot, E. L. Vavilova, S. Kamusella, H.-H. Klauss, J. Werner, C. Koo, R. Klingeler, A. A. Tsirlin
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.134401) - Magnetic anisotropy and the phase diagram of chiral MnSb2O6, Phys. Rev. B 94, 104408 (2016)
J. Werner, C. Koo, R. Klingeler, A. N. Vasiliev, Y. A. Ovchenkov, A. S. Polovkova, G. V. Raganyan, and E. A. Zvereva
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.94.104408) - Static and Dynamic Magnetic Response of Fragmented Haldane-like Spin Chains in Layered Li3Cu2SbO6, J. Phys. Soc. Jpn. 85, 084702 (2016)
C. Koo, E.A. Zvereva, I.L. Shukaev, M. Richter, M.I. Stratan, A.N. Vasiliev, V.B. Nalbandyan, R. Klingeler
(Siehe online unter https://doi.org/10.7566/JPSJ.85.084702) - A three-pronged attack to investigate the electronic structure of a family of ferromagnetic Fe4Ln2 cyclic coordination clusters; a combined magnetic susceptibility, HF-EPR and 57Fe Mössbauer study. Inorg. Chem. 56, 4796–4806 (2017)
S.F.M. Schmidt, C. Koo, V. Mereacre, J. Park, D.W. Heermann, V. Kataev, C.E. Anson, D. Prodius, G. Novitchi, R. Klingeler, A.K. Powell
(Siehe online unter https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.6b02682) - Anisotropy governed competition of magnetic phases in the honeycomb quantum magnet Na3Ni2SbO6 studied by dilatometry and high-frequency ESR. Phys. Rev. B 95, 214414 (2017)
J. Werner, W. Hergett, M. Gertig, J. Park, C. Koo, R. Klingeler
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.214414) - Zigzag spin structure in layered honeycomb Li3Ni2SbO6: A combined diffraction and antiferromagnetic resonance study, Phys. Rev. B 96, 024417 (2017)
A.I. Kurbakov, A.N. Korshunov, S.Yu. Podchezertsev, A.L. Malyshev, M.A. Evstigneev, F. Damay, J. Park, C. Koo, R. Klingeler, E.A. Zvereva, V.B. Nalbandyan
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.96.024417)
