Einfluß von Spin- und Ladungsfluktuationen auf magnetfeldinduzierte Isolator-Metall-Übergänge

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Müller; Dr. Steffen Wirth
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449866704

In bestimmten Festkörpern verursacht das komplexe Zusammenspiel von elektronischen, magnetischen und strukturellen Freiheitsgraden unerwartete und spektakuläre neue physikalische Phänomene. Dazu gehören die Hochtemperatursupraleitung in Kupraten sowie der sog. kolossale Magnetwiderstandseffekt (CMR) in Manganaten und magnetischen Halbleitern. Ein universelles Charakteristikum dieser komplexen Materialien scheint das Auftreten intrinsischer (nicht-chemischer) räumlicher Phasenseparation auf der Nanoskala zu sein, was oft zu perkolativen elektronischen und magnetischen Phasenübergängen führt. Interessanterweise sind viele Aspekte dieser inhomogenen Zustände, insbesondere deren dynamische Eigenschaften noch wenig untersucht und daher weitgehend unverstanden. Es hat sich gezeigt, dass elektronische Phasenseparation und kolossaler Magnetwiderstand auch in weniger komplexen Seltene-Erd-Verbindungen auftreten. Ziel des Projektes ist es, anhand eines vergleichsweise einfachen Modellsystems, nämlich des kubischen und magnetisch-isotropen EuB6, grundlegende Eigenschaften magnetischer und elektronischer Phasenseparation zu untersuchen. Dazu verfolgen wir die Entstehung magnetischer Polaronen in den Substitutions-/Dotierungsreihen (Eu,Ca)B6 und (Eu,Sm)B6. Wir möchten die starke Erhöhung des CMR-Effekts bei isoelektronischer Substitution sowie die Effekte der Zugabe von itineranten Ladungsträgern und Erhöhung der antiferromagnetischen Kopplung besser verstehen. Wir kombinieren dabei makroskopische, mikroskopische und zeitaufgelöste Messsonden, deren Zusammenspiel besonders auf die zu untersuchenden Fragestellungen abgestimmt ist. Insbesondere werden Messungen des zeitaufgelösten elektrischen Transports (Widerstands-Fluktuationsspektroskopie) und des magnetischen Flussrauschens durchgeführt, um die langsame Perkolationsdynamik zu untersuchen. Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie, auch spinpolarisiert, sind dazu geeignet, magnetische Polaronen mit atomarer Auflösung zu visualisieren und ihre Perkolation letztlich zu verifizieren. Der gewählte Ansatz verspricht, direkte Evidenzen für oder gegen bestimmte theoretisch vorhergesagte Verhaltensweisen zu finden und wichtige Systemparameter zu ermitteln, die z.B. den Einfluss, den der magnetische Zustand eines Systems auf dessen elektronische Eigenschaften hat, besser verstehen helfen. Dazu werden wir auch ausgewählte andere CMR-Materialien, speziell HgCr2Se4 und Eu5In2Sb6, untersuchen, um Aussagen über die Allgemeingültigkeit der gefundenen Modellvorstellungen treffen zu können. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen an einer modellhaften Systemklasse lassen richtungsweisende Erkenntnisse für ein besseres Verständnis und die weitere Entwicklung deutlich komplexerer Materialien erwarten. Darüber hinaus läßt die aktuell diskutierte nicht-triviale Topologie des EuB6 (für SmB6 seit einigen Jahren im Gespräch) erwarten, dass unsere Messungen an der (Eu,Sm)B6 Substitutionsreihe auch diesbezüglich Einblicke gewähren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen