Wechselspiel von Supraleitung und Magnetismus in niedrigdimensionalen organischen Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Müller
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 22443565

• Erstellungsjahr: 2014

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Fluktuationen (oder Rauschen) werden oftmals als ein Ärgernis oder zumindest als eine ungewollte Störung betrachtet, die Genauigkeit einer wissenschaftlichen Messung limitierend. Allerdings enthalten elektronische Fluktuationen „verborgene“ Informationen, die in der gemittelten Größe (z.B. dem elektrischen Widerstand) selbst nicht zugänglich sind. In diesem Projekt wurde Fluktuationsspektroskopie als eine leistungsfähige neue Methode etabliert, um die Dynamik von elektronischen Prozessen in niedrigdimensionalen organischen Metallen bei niedrigen Frequenzen zu untersuchen. Diese molekularen Ladungstransfer-Komplexe haben sich in den letzten Jahren als beispiellose Modell-Systeme etabliert, um die physikalischen Eigenschaften von niedrigdimensionalen Elektronensystemen zu studieren. Das Zusammenwirkung der reduzierten Dimensionalität mit weiteren Parametern, die für diese Materialien spezifisch sind, führen dazu, dass Coulomb-Korrelationseffekte relevant werden oder sogar die Eigenschaften des π-Elektronensystems dominieren. Die Kombination von starken Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Wechselwirkungseffekten führen zu einer reichhaltigen Phänomenologie von Grundzuständen, die in diesen Materialien beobachtet werden können. Beispielsweise haben wir mittels Fluktuationsspektroskopie die Kopplung der korrelierten Ladungsträger an bestimmte intramolekulare Vibrationsmoden untersucht, sowie den inhomogenen Koexistenzbereich von antiferromagnetisch (Mott) isolierenden und supraleitenden Phasen. In einem zweiten Projektschwerpunkt wurde die Methode der Mikro-Hall-Magnetometrie verwendet, um einzelne magnetische Mikro- und Nanostrukturen zu untersuchen. Hierbei wird die Magnetisierung eines magnetischen Teilchens indirekt über den klassischen Hall-Effekt gemessen, der von dem magnetischen Streufeld des Teilchens verursacht wird. Die sensitive Schicht für diese Hall-Effekt-Messungen ist ein zweidimensionales Elektronengas in einer Halbleiter-Heterostruktur (GaAs/AlGaAs). Die Leistungsfähigkeit dieser Messtechnik wurde demonstriert, indem die Ummagnetisierung eines CrO2-Mikrokristalls detailliert untersucht werden konnte. Die Messungen zeigen, dass die Ummagnetisierung zum Teil durch die Verschiebung einer einzelnen magnetischen Domänenwand erfolgt. Deren Verankerung an und Losreißen von Defekten erzeugt charakteristische, sog. Barkhausen-Sprünge in der Magnetisierung, die noch im Sub-Nanometer-Bereich aufgelöst werden konnten. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl dieser für die magnetischen Eigenschaften wichtigen Defekte nicht-invasiv bestimmen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• “Room-temperature magnetoresistance switching of Permalloy thin films induced by iron nanoparticles”. Applied Physics Letters 92, 093121 (2008)
  J. Müller, S. von Molnár, S. Wirth
  
• “1/f noise in the quasi-two-dimensional organic conductor k-(BEDT- TTF)2Cu[N(CN)2]Cl”. Physical Review B 79, 214521 (2009)
  J. Müller, J. Brandenburg, J.A. Schlueter
  
• “Magnetic-field induced crossover of superconducting percolation regimes in the layered organic Mott system k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Cl”. Physical Review Letters 102, 047004 (2009)
  J. Müller, J. Brandenburg, J.A. Schlueter
  
• “A tunable strain sensor using nanogranular materials”. Sensors 10, 9847 (2010)
  Ch. H. Schwalb, Ch. Grimm, M. Baranowski, R. Sachser, F. Porrati, H. Reith, P. Das, J. Müller, F. Völklein, A. Kaya, M. Huth
  
• “Magnetization dynamics of a CrO2 grain studied by micro-Hall magnetometry”. Applied Physics Letters 97, 042507 (2010)
  P. Das, F. Porrati, S. Wirth, A. Bajpai, M. Huth, Y. Ohno, H. Ohno, J. Müller
  
• "Domain wall dynamics in a single CrO2 grain”. J. Phys.: Conf. Ser. 303, 012056 (2011)
  P. Das, F. Porrati, S. Wirth, A. Bajpai, Y. Ohno, H. Ohno, M. Huth, J. Müller
  
• "Fluctuation Spectroscopy - A new Approach for Studying Low-Dimensional Molecular Metals”. Chem. Phys. Chem. 2011, 12, 1222 - 1245
  J. Müller
  
• “Magnetically driven electronic phase separation in the semimetallic ferromagnet EuB6”. Phys. Rev. B 86, 184425 (2012)
  P. Das, A. Amyan, J. Brandenburg, J. Müller, P. Xiong, S. von Molnár, Z. Fisk
  
• “On the influence of nanometer-thin antiferromagnetic surface layer on ferromagnetic CrO2”. Journal of Applied Physics 112, 053921 (2012)
  P. Das, A. Bajpai, Y. Ohno, H. Ohno, J. Müller
  
• “Sudden slowing down of the charge carrier dynamics at the Mott metal insulator transition in k-(D8-BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br”. New. J. Phys. 14, 023033 (2012)
  J. Brandenburg, J. Müller, J.A. Schlueter
  
• “Electronic phase separation due to magnetic polaron formation in the semimetallic ferromagnet EuB6 – A weakly-nonlinear-transport study”. Journal of the Korean Physical Society 62, 1489 (2013)
  A. Amyan, P. Das, J. Müller, Z. Fisk
  
• “Nonlinear electronic transport in the anomalouzs metallic state of quasi-2D organic superconductors κ-(BEDT-TTF)2X”. Phys. Stat. Solidi B 250, 568 (2013)
  R. Rommel, B. Hartmann, J. Brandenburg, J.A. Schlueter, J. Müller