Wechselwirkung zwischen Spin-, Gitter- und Ladungsfreiheitsgraden in korrelierten Metallen ohne Inversionszentrum

• Antragsteller: Professor Dr. Rudolf Hackl
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 269710404

In diesem Fortsetzungsantrag werden Lichtstreuexperimente an einer sorgfältig ausgewählten Palette von Materialsystemen ohne Inversionssymmetrie vorgeschlagen. Sie sollen zur Aufklärung der Ladungsträgerdynamik in Gegenwart komplexer magnetischer Ordnung beitragen und die während der ersten Förderungsperiode nach Abschluss mehrerer technischer Innovationen erfolgreich durchgeführten Arbeiten an MnSi vervollständigen und erweitern. An MnSi konnte gezeigt werden, dass die Phononen Schlüsselinformationen über den Übergang in die magnetische geordnete Phase und den von Fluktuationen bestimmten Bereich oberhalb der Curie-Temperatur liefern. Die Dynamik der Elektronen kann verschiedenen Blättern der Fermifläche zugeordnet werden. Im magnetisch geordneten Zustand gibt es signifikante Abweichungen zwischen den mit Lichtstreuung bestimmten und den aus Widerstandsmessungen zu erwartenden elektronischen Relaxationsraten. Wir vermuten, dass die Streuung der Elektronen an komplexen Spintexturen wie Helizes oder Skyrmionen bei der Erklärung eine zentrale Rolle spielt. Für diese Vermutung gibt es aber, anders als im Fall von gewöhnlichem und transversalem Transport, bisher keine theoretische Fundierung. Ziel des Fortsetzungsantrags ist es zum einen, offene Fragen zur Rolle exotischer Anregungen in Systemen mit komplexer Spin-Ordnung wie MnSi aufzuklären. Die neu aufgebauten Apparaturen sind optimal dafür geeignet, die notwendigen Experimente an MnSi unter hydrostatischem Druck und im Magnetfeld durchzuführen. Damit kann bei einem Druck oberhalb von 1,46 GPa die ungeordnete Phase erreicht werden, deren elektrischer Widerstand wie T^{3/2} mit der Temperatur variiert und damit vom Fermiflüssigkeitsverhalten in der helimagnetischen Phase abweicht. Bei etwa 1GPa erreicht die Skyrmionen- oder A-Phase ihre größte Ausdehnung und ihren stärksten Widerhall im topologischenHall-Effekt, sodass man auch Auswirkungen auf den elektronischen Raman-Effekt erwarten kann, der wiederum Rückschlüsse auf die Impulsabhängigkeit der Ladungsträgereigenschaften zulässt. Experimente an Mn0.92Fe0.08Si und Mn0.96Co0.04Si sollen mögliche Schnittstellen zwischen Grundlagenforschung und Anwendungen aufzeigen. Zum anderen sollen neben d-Elektronen- auch f-Elektronensysteme wie CePt3Si, CeIrSi3 oder CeTAl3 (T=Cu, Ag, Au, Pd, Pt) untersucht werden. In allen Fällen existieren (Anti-)Ferromagnetismus und Schwer-Fermion-Supraleitung in enger Nachbarschaft. Die Phasendiagramme sind mit den während der ersten Förderperiode neu aufgebauten Apparaturen vollständig zugänglich. In Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern sollen die Wechselwirkungen zwischen den Elementaranregungen möglichst umfassend mit komplementären Methoden untersucht, theoretisch analysiert und die für die Elektronendynamik relevanten identifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Professor Dr. Rudolf Gross