Unkonventionelles Nicht-Fermi-Flüssigkeitsverhalten am Übergang zwischen NFF-Einzelionen- und Gitter-Kohärenzeffekten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Fokus dieses Projektes stand die ternäre, intermetallische Schwere Fermionen Verbindung CeNi9Ge4, die für Ce-Systeme den höchsten Sommerfeld-Koeffizient (γ=∆C/T≈5.5JK- 2mol-1) bei 80mK besitzt. Trotz der sich hieraus ergebenden geringen Kondo-Temperatur zeigt CeNi9Ge4 keine magnetische Ordnung. Dieses liegt an der sehr geringen Aufspaltung der beiden energetisch tiefliegenden Dubletts, die aus der Kristallfeldaufspaltung der 4f Zustände des Ce3+ Ions herrührt und daher zu einem bis dato ungewöhnlichen quasi 4-fach entarteten Kondo-Grundzustand führt. Aufgrund dieses erhöhten effektiven Entartungsgrades konnte experimentell ein von P. Coleman vorhergesagter weiterer Tuningparameter, die Änderung des effektiven Entartungsgrades des Grundzustands, neben den bekannten Einflußparametern (chemische Substitution, hydrostatischer Druck, Magnetfeld) eingeführt werden. So sind die Substitutionsreihen CeNi9−xTxGe4- mit T = Fe, Co, Cu und CeNi9Ge4-xSix ideale Verbindungen um den Einfluss von Kondo-Abschirmung und RKKY-Wechselwirkung auf den quasi 4-fach entarteten Grundzustand zu studieren: 1.) Es konnte erstmals für die Substitutionsreihe CeNi9−xCuxGe4 (0≤x≤1) ein kontinuierlicher Phasenübergang von kohärenter zu lokaler NFF am QKP (x=0.4) nachgewiesen werden. Dieses Szenario beruht zweifelsfrei auf der Reduzierung des Entartungsgrades des effektiv 4-fach entarteten Kondo-Grundzustands von CeNi9Ge4. Bei einem 2-fach entarteten Grundzustand, wie er dem Doniach-Bild zugrunde liegt, würde in CeNi9Ge4 die RKKY- Wechselwirkung gegenüber der Kondo-Abschirmung dominieren und CeNi9Ge4 würde antiferromagnetisch ordnen. 2.) Für die Substitutionsreihe CeNi9Ge4-xSix (0≤x≤4) wird beobachtet, dass der effektive Entartungsgrad nicht kontinuierlich von N=4 auf N=6 ansteigt, sondern für kleine Si-Konzentrationen zunächst abfällt. Diese ungewöhnliche Konzentrationsabhängigkeit des Entartungsgrades kann nicht allein auf die Wechselwirkung zwischen RKKY- und Kondo-Effekt zurückgeführt werden, sondern hängt auch maßgeblich von der Änderung des ersten angeregten KF-Zustandes ab. 3.) Um einen tieferen Einblick in das Zusammenspiel der konkurrierenden Energieskalen, d.h. der Interaktion zwischen RKKY-Wechselwirkung, Kondo-Abschirmung und KF-Aufspaltung zu erlangen, wurde ein neuer thermodynamischer Parameter α=TRln4/TRln2 eingeführt, der das Verhältnis der beiden Temperaturen angibt, bei der die magnetische Entropie ∆S gerade Rln4 und Rln2 erreicht. Dieses Verhältnis spiegelt die Tendenz der Proben zu magnetischer Ordnung oder zur Kondo-Abschirmung in Abhängigkeit vom effektiven Entartungsgrad wider. 4.) Im Rahmen eines neuen modifizierten Doniach Bildes kann das magnetische Verhalten der CeNi9−xFexGe4- und CeNi9−xCuxGe4-Reihen (0≤x≤1) unter Berücksichtigung eines effektiv 4-fach entarteten Grundzustandes gut verstanden werden. Jedoch gibt es für die Ausbildung einer afm-Ordnung in der Co-Reihe noch keine vollständige Erklärung. Hier spielt vermutlich die aus DFT Rechnungen bestimmte, unterschiedliche Besetzung der kristallographischen Plätze durch die Übergangsmetallatome eine Rolle.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Evolution of Quantum Criticality in CeNi{9-x}CuxGe4. J. Phys.: Condens. Matter 21, 235604 (9pp), (2009)
L. Peyker, C. Gold, E.-W. Scheidt, W. Scherer, J. G. Donath, P. Gegenwart, F. Mayr, V. Eyert, E. Bauer, H. Michor
- Antiferromagnetic behavior in CeCo9Ge4. J. Phys.: Conf. Ser., 200, 012049, (2010)
C. Gold, L. Peyker, E.-W. Scheidt, H. Michor and W. Scherer
- Crystal field studies on the heavy fermion compound CeNi8CuGe4. J. Phys.: Conf. Ser., 200, 012160, (2010)
L. Peyker, C. Gold, E.-W. Scheidt, H. Michor, T. Unruh, A. Senyshyn, O. Stockert and W. Scherer
- Evolution of single-ion crystal field and Kondo features in Ce0,5La0,5Ni9-xCuxGe4. J. Phys.: Conf. Ser., 200, 012176, (2010)
L. Peyker, C. Gold, E.-W. Scheidt, H. Michor and W. Scherer
- Change of the effective spin degeneracy in CeNi9-xCuxGe4 due to the interplay between Kondo and crystal field effects. EPL, 93, 37006 (2011)
L. Peyker, C. Gold, W. Scherer, H. Michor, T. Unruh, G. G. Simeoni, A. Senyshyn, D.T. Adroja, O. Stockert, E.-W. Scheidt
- Competing magnetic interactions in CeNi9-xCoxGe4. J. Phys.: Conf. Ser.,273, 012049 (2011)
L. Peyker, C. Gold, W. Scherer, H. Michor, E-W. Scheidt
- Evolution of quantum criticality in the system CeNi9Ge4. J. Phys.: Conf. Ser., 344, (2012)
Michor, D.T. Adroja, A. D. Hillier, M.M. Koza, S. Manalo, C. Gold, L. Peyker, E-W. Scheidt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1742-6596/344/1/012001) - Influence of competing energy scales on the effective spin degeneracy in CeNi9-xFexGe4. J. of Alloys and Compounds, 523, 61 (2012)
C. Gold, M. Uffinger, M. Herzinger, G. Eickerling, W. Scherer, H. Michor and E-W. Scheidt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.01.001) - Interplay between crystal field splitting and Kondo effect in CeNi9Ge4-xSix. J. Phys.: Condens. Matter 24, 355601 (2012)
C. Gold, P. Gross, L. Peyker, G. Eickerling, G. G. Simeoni, O. Stockert, E. Kampert, F. Wolff- Fabris, H. Michor and E.-W. Scheidt
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/0953-8984/24/35/355601)
