Unkonventionelle elektronische Grundzustände und neuartige physikalische Eigenschaften von 5d-Oxiden

• Antragsteller: Dr. Liviu Hozoi
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233478970

Eine der wichtigsten Konsequenzen relativistischer Effekte in Molekülen und Festkörpern ist die Spinbahnwechselwirkung, d. h. die Kopplung von Spin- und Bahnfreiheitsgraden. Diese Wechselwirkung ist in 3d-Metalloxiden relativ schwach. Deshalb basieren die meisten interessanten Phänomene auf den starken elektronischen Korrelationen. Diese Korrelationen werden jedoch bei den schwereren Übergangsmetallen, den 4d- und 5d-Systemen, schwächer, da die d-Orbitale immer ausgedehnter werden. Dagegen folgt die Spin-Bahn-Kopplung einem entgegengesetzten Trend, d. h. sie wird zunehmend stärker. Die 5d-Metalloxide, wie z. B. die Iridate und Osmate, sind besonders interessant, da hier die Energieskalen beider Wechselwirkungen von ähnlicher Stärke sind. Das Zusammenspiel von Kristallfeldeffekten, den lokalen Multipletts, der Spin-Bahn-Kopplung und der Hopfenmatrixelemente hat neues Interesse an korrelierten Materialien mit neuartigen Grundzuständen und Anregungen geweckt. Exotischere Beispiele sind die möglichen topologischen Zustände der Iridate, wie der topologische Mott-Isolator und das Kitaev-Modell mit bindungsabhängiger Spin-Spin-Wechselwirkung. Das Projekt zielt auf ein besseres Verständnis der zugrunde liegenden elektronischen Strukturen und der magnetischen Eigenschaften von 5d-Metalloxiden. Hierzu gehören insbesondere die Iridate und Osmate. Um dieses Ziel zu realisieren, wollen wir auf Konzepte und numerische Verfahren der Quantenchemie zurückgreifen. Diese benutzen u. a. Multireferenzmethoden und neue Einbettungsverfahren von Clustern, die hier zur Anwendung gelangen. Unsere Arbeit soll neue Einsichten in das Zusammenspiel von Korrelationseffekten und Spin-Bahn-Kopplung in Festkörpern eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen