Untersuchung der magnetischen und elektronischen Phasendiagramme neuartiger Kondo-Isolatoren, Schwerer Fermionen und komplexer Oxide

• Antragsteller: Professor Dr. Jochen Litterst
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 278191572

Übergangsmetalloxide A2B’B‘‘O6 mit Doppelperowskitstruktur besitzen häufig außergewöhnliche magnetische und elektronische Eigenschaften. Die Systeme La2-xCaxCoIrO6 und La2-xAxCoMnO6 (A=Ca,Sr oder Ba) zeigen wegen von der genauen Zusammensetzung abhängiger elektronischer Valenzzustände von Co, Mn und Ir komplexe magnetische und elektronische Phasendiagramme. Eine hervorstechende Eigenschaft ist ein starkes sogenanntes spontanes Exchange Bias Verhalten. Als Ursache für die starke Asymmetrie der magnetischen Hysteresekurven wird die Koexistenz von ferro- und antiferromagnetischen, sowie spinglasartigen Bereichen vermutet. Unsere ersten Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften dieser Oxide auf atomarer Skala mit Hilfe der Myonenspinrotation (µSR) haben gezeigt, dass die magnetischen Phasendiagramme komplexer sind als die aus makroskopischen Magnetisierungsmessungen erschlossenen. Insbesondere ist zu klären, welche Rolle die selbst bei tiefen Temperaturen sichtbare rasche elektronische Spindynamik und die spinglasartigen Bereiche spielen. Wir planen die Aufklärung der magnetischen Phasendiagramme mit Hilfe der µSR. Die elektronischen Eigenschaften werden über XPS, XANES sowie XMCD studiert (Kooperation mit brasilianischen Gruppen). Ziel ist, die Mechanismen der Exchange Bias Effekte in diesen Materialien besser zu verstehen und dadurch neue Materialien mit verbesserten Eigenschaften entwerfen zu können. Die Synthese der zu untersuchenden Materialien geschieht ebenfalls bei den brasilianischen Gruppen.In einem zweiten Teil des Projekts werden Doppelperowskite der Zusammensetzung Sr2CuTe1-xWxO6 (x zwischen 0 und 1) studiert. Diese Materialien weisen eine starke quasi 2-dimensionale magnetische Kopplung zwischen CuII mit einem Spin =1/2 auf. Für x=0 und 1 wird über µSR und Neutronenstreuung langreichweitige antiferromagnetische Ordnung gefunden, die sich über Kopplung zu nächsten und übernächsten Cu Nachbarn gut theoretisch beschreiben lässt. Für die festen Lösungen mit x um 0.5 wird aufgrund von Frustration der magnetischen Kopplungen und Unordnung eine Unterdrückung der magnetischen Ordnung erwartet. Unsere ersten µSR Messungen an diesem System haben dies bestätigt (keine magnetische Ordnung für x=0.5 bis 0.25 K) und lassen vermuten, dass in einem Mischungsbereich um x=0.5 eine Quantenspinflüssigkeit als Grundzustand auftritt. Wir beabsichtigen, die Spindynamik bis zu tiefsten Temperaturen (unter 100 mK) zu studieren, das mischungsabhängige Phasendiagramm zu bestimmen und mit theoretischen Modellrechnungen zur magnetischen Kopplung zu vergleichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien, Finnland
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Elisa Maria Baggio Saitovitch; Professor Dr. Leandro Felix Bufaical; Professorin Dr. Maarit Karppinen