Spin-Phonon Kopplung in der Nähe eines magnetisch-quantenkrititschen Punkts in Mn1-xFexSi
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Familie der Übergangsmetall-Monosilizide Mn1-xFexSi, die in der kubischen B20 Struktur kristallisieren, zeigen eine Vielfalt komplexer Phänomene, die sowohl für die Grundlagen- als auch die angewandte Forschung interessant sind. Fokus der meisten wissenschaftlichen Arbeiten zu MnSi und verwandten Verbindungen sind die ungewöhnlichen magnetischen Eigenschaften. Das wissenschaftliche Ziel unseres Projekts „Spin-Phonon Kopplung in der Nähe eines magnetischen quantenkritischen Punkts“ war, die gitterdynamischen Eigenschaften von Mn1-xFexSi für Dotierungswerte zu untersuchen, für die der magnetische Phasenübergang kontinuierlich unterdrückt wird und in einem quantenkritischen Punkt bei T = 0 endet. Die Projektidee basierte auf dem bekannten Phasendiagramm von Mn1-xFexSi, vorhergehenden Phononenmessungen in isostrukturellem FeSi, und Berechnungen der gitterdynamischen Eigenschaften von Mn1-xFexSi, die eine zunehmende Elektron-Phonon Kopplung für 0 ≤ x ≤ 0.2 vorhersagten. Ziel war es die bisher weniger beachtete Kopplung zwischen magnetischen und elektronischen auf der einen Seite und gitterdynamischen Freiheitsgraden auf der anderen Seite zu untersuchen. Messungen der Phononen wurden mit inelastischer Neutronen- und Röntgenstreuung als auch Ramanspektroskopie für Dotierungswerte 0 ≤ x ≤ 0.22 durchgeführt. Tatsächlich fanden wir eine anomale Dotierungsabhängigkeit einer Phononenmode in qualitativer Übereinstimmung mit unseren theoretischen Vorhersagen. Allerdings war der Effekt deutlich kleiner als berechnet. Wie sich herausstellte wegen einer unrealististischen Darstellung der elektronischen Bandstruktur und ihrer Dotierungsabhängigkeit. Rechnungen mit einem korrigierten geordnetem magnetischden Moment (und damit einer realistischeren Bandstruktur) zeigen quantitativ eine deutlich verbesserte Übereinstimmung. Jedoch konnte eine direkte Kopplung zwischen den magnetischen und gitterdynamischen Freiheitsgraden nicht gezeigt werden. Zum Beispiel zeigten Messungen in Magnetfeldern keine Anzeichen für ein derartiges Szenario. Die mit Dotierung zunehmende Renormalisierung der Phononen beruht auf einer stärkeren Elektron-Phonon Kopplung verursacht durch Veränderungen der Fermifläche bzw. der elektronischen Bandstruktur. Ob diese zunehmende Kopplung der elektronischen und gitterdynamischen Freiheitsgrade einen (negativen) Einfluss auf die mangetische Ordnungstemperatur von Mn1-xFexSi hat, muss in noch ausstehenden Modellrechnungen geklärt werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Combined inelastic neutron scattering and ab initio lattice dynamics study of FeSi. Physical Review B, 105(13).
Khan, Nazir; Krannich, Sven; Boll, Dominic; Heid, Rolf; Lamago, Daniel; Ivanov, A.; Voneshen, David & Weber, Frank
