Ein resonantes Detektionsverfahren für elektronisch-nematische Phasen in korrelierten Elektronensystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Philip Moll
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 299282802

Normalerweise übernehmen die elektronischen Einteilchen-Zustände die Symmetrien der sie umgebenden Ionen durch ihre Wechselwirkung mit dem periodischen Gitter. Die Grundannahme hierbei ist die Vernachlässigung der Wechselwirkungen zwischen Elektronen, die die Symmetrie des Kristallgitters brechen und Vielteilchen-Zustände geringerer Symmetrie erzeugen könnte. Ein möglicher Zustand, bei dem eine Rotationssymmetrie bei unveränderter Translationssymmetrie spontan gebrochen wird, wird in Anlehnung an Flüssigkristalle als elektronisch-nematisch bezeichnet. Eine Signatur solcher Phasen ist das Auftreten von Anisotropie in den Streuzeiten bzw. dem elektrischen Widerstand zwischen Richtungen, die gemäß der Punktsymmetrie des Kristalls äquivalent sein sollten. Darüberhinaus bilden sich Domänen im Material aus, die durch uniaxialen Druck ausgerichtet werden und somit zu einer ungewöhnlich starken Antwort im Widerstand führen können. Elektronisch-nematische Phasen wurden mit der Hochtemperatur-Supraleitung sowohl in Kupraten als auch Pniktiden in Verbindung gebracht, und ihre potentielle Bedeutung für die elektronische Paarbildung steht im Zentrum einer aktuellen Debatte: Sind elektronisch-nematische Fluktuationen ein essentieller Baustein der attraktiven Welchselwirkung zwischen den Elektronen, oder sind die ein unabhängiges Phänomen ohne (oder sogar nachteiligen) Bezug zur Supraleitung? Dieser zentralen Frage möchten wir in unserem Projekt auf den Grund gehen, indem wir in verschiedenen strukturellen Klassen der Eisen-arsenide die nematische Suszeptibilität quantitativ messen und mit den supraleitenden Übergangstemperaturen vergleichen. Die verfügbaren Kristalle vieler Materialklassen sind zu klein um nematische Phänomene mit konventionellen Methoden zu untersuchen. Wir möchten einen neuen Ansatz verfolgen und mittels Mikrostrukturierung durch einen Fokussierten Ionenstrahl (FIB) mechanische Mikroresonatoren im Bereich von 100-10 Mikrometern aus Einkristallen herstellen. Während der mechanischen Oszillation des Resonators wird das Material periodisch gedehnt und gestaucht, was eine direkte und echt differentielle Messung der nematischen Suszeptibilität als Funktion der Temperatur oder des Magnetfelds erlaubt. Gleichzeitig wird die Resonanzfrequenz der Oszillatoren gemessen, die direkten Zugriff auf die elastischen Konstanten erlauben. Dadurch können wir die thermodynamisch relevanten elastischen Konstanten direkt mit der nematischen Suszeptibilität vergleichen und so die Stärke der nematischen Ordnung in Relation mit dem der statischen Gitterverzerrung durch den orthorhombisch/tetragonalen Phasenübergang setzen. Das Ziel dieses Projekts ist eine umfassende Landkarte der nematischen Zustände in bisher nicht untersuchten Pniktiden zu erstellen und so die Rolle nematischer Phasen in der Supraleitung zu untersuchen. Zusätzlich wird eine neue Messmethodik entwickelt, mit der in Zukunft nematische Phänomene in anderen Materialklassen untersucht werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Supraleitender Magnet und Kryostat
• Gerätegruppe: 0120 Supraleitende Labormagnete