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Projekt
Superaustausch, effektive Wechselwirkungen und magnetische Grundzustände in frustrierten Dreiecks-Quantenmagneten
Antragsteller
Dr. Liviu Hozoi
Fachliche Zuordnung
Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
Theoretische Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung von 2020 bis 2024
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 441216021
Im Kontext von stark korrelierten elektronischen Systemen stellen Quanten-Spin-Flüssigkeiten (QSF) seit 1973, als dieses grundlegende Konzept erstmals vorgeschlagen worden war, ständig ein aktives Forschungsgebiet dar. Die in QSF möglichen, verschiedenen eher weniger konventionellen Anregungstypen stießen nicht nur auf das Interesse im Rahmen der Grundlagenforschung, aber auch auf dem Niveau von denkbaren Bauelementen oder Geräten in der angewandten Forschung. So wurde z.B. vorgeschlagen entsprechende Materialien, die QSF-Grundzustände aufweisen, beim toplogischem "quantum computing" zu verwenden. Die Suche nach derartigen Materialien umfasst notwendigerweise einen Zeitraum von wenigen Jahrzehnten. Obwohl die ersten Forschungs-ergebnisse zunächst etwas enttäuschend waren, wurde kürzlich von verschiedenen kristallinen Verbindungen berichtet, die Charakteristika von QSF-Physik aufzeigen. In diesem Zusammenhang wollen wir wesentlich zur Aufklärung der zugrunde liegenden magnetischen Wechselwirkungen in Verbindungen mit Dreiecks-Gittern, die auf aktiven d- und auch f-Elektronen basieren, als unserem Hauptinteresse beitragen. Dabei sollen modernste quantenchemische Methoden zur Berechnung der Elektronenstruktur angewendet werden.In der ersten Abteilung richten wir unser Augenmerk auf das Dreiecksgitter des Systems KxIr(1-x/4)O2 aber auch auf Na2Pt0.5Ir0.5O3 und K0.5RuCl3. Die Hauptmotivation hierfür sind kürzliche Messungen, die einen QSF-Grundzustand für K0.85Ir0.79O2 nahe legen. Der wichtigste, zu klärende Aspekt im vorliegenden Projekt ist das Verhältnis zwischen den Kitaev- und Heisenberg-Wechselwirkungen K/J (Verhältnisse größer als 6, definieren das so genannte Kitaev regime, das für einige Iridate mit Honigwaben-Struktur und in RuCl3 gefunden wurde) aber auch die Stärken der Nichtdiagonal-Terme des effektiven Austauschparameters (als Γ's bezeichnet). Solche Informationen sind wichtig für ein Verständnis des magnetischen Grundzustands im Dreiecks-Gitters von KxIr(1-x/4)O2.Hinsichtlich des Quantenmagnetismus von f-Elektron Systemen sind nach unserem Kenntnisstand bisher keine detaillierte quantenchemischen Untersuchungen zum 4f-4f Superaustausch in Festkörpern ausgeführt worden. Mit dem vorliegenden Forschungsprojekt soll der jetzige unbefriedigende Zustand grundlegend verändert werden. Hierbei wirkt das gegenwärtige hohe Interesse an 4f-Dreiecks-Gitter-Verbindungen, die als QSF-Kandidaten betrachtet werden, katalytisch. Hier gibt es gute Gründe zu glauben, dass die stärksten Zwischengitter-Kopplungskonstanten im Dreiecksgitter von KCeS2 auftreten. Für einen ersten Einblick in den 4f-4f Superaustauch und zu Vergleichszwecken, werden wir uns deshalb im ersten Schritt auf das Sstem KCeS2 konzentrieren. Mögliche Erweiterungen sind dann NaYbSe2, NaYbS2 und NaYbO2.
DFG-Verfahren
Sachbeihilfen
