Entwicklung der Ladungsträgereigenschaften und elektronischen Korrelationen in organischen Schichtmetallen in der Nähe des Mott Metall-Isolator Übergangs

• Antragsteller: Professor Dr. Rudolf Gross; Dr. Mark Kartsovnik
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449241039

Der Mott-Übergang ist eine der fundamentalsten korrelationsbedingten Instabilitäten von normalen Metallen. Trotz zahlreicher Studien gibt es immer noch wichtige ungelöste Fragen, vor allem zu experimentellen Untersuchungen des metallischen Grundzustands nahe des isolierenden Zustands. In diesem Vorhaben arbeiten Experten der theoretischen und experimentellen Physik und der Materialwissenschaften zusammen, um diese Probleme zu lösen. Wir verwenden kappa-Phasen von organischen Ladungstransfersalzen als quasi-2D elektronische Modellsysteme für Mott-Übergänge mit Bandbreitenkontrolle, um die Eigenschaften der Ladungsträger in dem Metall-Isolator-Koexistenzbereich und der angrenzenden homogenen metallischen Phase zu untersuchen. Im Besonderen untersuchen wir (i) die korrelationsbedingte Renormierung der effektiven Masse, (ii) die genaue Geometrie und Topologie der Fermi-Fläche und (iii) die Kohärenz des Ladungstransports. Diese systematischen Untersuchungen an wohldefinierten Modellsystemen ergeben einen entscheidenden Test der existierenden Theorien zum Mott-Übergang.Ein Hauptziel dieses Vorhabens ist die Entflechtung der Beiträge von Ladungs-, Spin- und Gitterfreiheitsgraden beim Metall-Isolator-Übergang. Dazu werden wir kappa-Phasen der organischen Metalle mit unterschiedlicher Stärke der geometrischen Frustration, der magnetischen Wechselwirkung und der Gitterunordnung untersuchen. Die Salze des BEDT-TTF-Moleküls sind besonders für Untersuchungen zur geometrischen Frustration geeignet, während die BETS-Salze mit lokalisierten magnetischen Momenten Untersuchungen des Zusammenspiels von elektronischen Korrelationen und magnetischen Wechselwirkungen erlauben. Für Studien zur Kopplung des elektronischen Zustands an die Gitterfreiheitsgrade eignen sich besonders deuterierte BEDT-TTF-Salze; hier wird der Einfluss des Deuterierungsgrades und der Unordnung in den Ethylenendgruppen auf die Ladungsträger untersucht.Um diese Fragestellungen zu lösen werden wir Experimente zu magnetischen Quantenoszillationen, dem semiklassischen, anisotropen Magnetotransport und der Widerstandsanisotropie durchführen. Eine präzise Kontrolle des elektronischen Grundzustands als Funktion des Abstands zum Metall-Isolator-Übergang erlauben Messungen unter hydrostatischem Druck und eine Variation der chemischen Zusammensetzung. Eine quantitative Analyse der experimentellen Ergebnisse wird durch die russische Theoriegruppe durchgeführt. Dabei kommen neueste Theorien zum Hochfeld-Magnetotransport in quasi-2D-Metallen und zum Ladungstransport in phasenseparierten elektronischen Materialien zum Einsatz. Zudem ist eine Weiterentwicklung der (Magneto)-Transporttheorie in Bezug auf die durchgeführten Experimente geplant.Der Zugang zu Einkristallen höchster Qualität ist äußerst wichtig für eine erfolgreiche Durchführung des Projekts. Die Synthese und Charakterisierung dieser Kristalle wird durch das sehr erfahrene materialwissenschaftliche Team des Projekts durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Dr. Vladimir N. Zverev, bis 3/2022