Wechselwirkung zwischen frustrierten, korrelierten und topologischen elektronischen Quantenzuständen in magnetischen kagome-Metallen

• Antragstellerin: Dr. Ece Uykur
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449920715

Magnetische Kagome-Metalle sind eine jüngst aufkommende Familie topologisch nicht-trivialer Materialien. Die Verbindungen ziehen derzeit eine enorme Aufmerksamkeit auf sich, weil die zugrundeliegende Kagome-Struktur zu zahlreichen interessanten Eigenschaften führt. Aufgrund theoretischer Vorhersagen ist bekannt, dass das ideale Kagome-Netzwerk bestimmte Auswirkungen auf die Bandstruktur hat. Es wird erwartet, dass zusätzlich zu zwei linearen ein flaches Band ensteht, d.h. hier werden zwei sehr unterschiedliche Eigenschaften zusammengebracht: das dispersionslose flache Band beherbergt lokalisierte massive Elektronen, während die linear dispergierenden elektronischen Bänder massenlose Dirac-Elektronen beheimaten. Durch das Zusammenspiel der starken elektronischen Korrelationen und des Magetismusses auf der einen Seite mit den topologischen Eigenschaften auf der anderen Seite eröffnet völlig neue Möglichkeiten, eine Vielzahl exotischer Phänomene zu erzielen. FeSn-Verbindungen wurden als vielversprechende Kandidaten für solche magnetischen Kagome-Metalle vorgeschlagen. In dem hier vorgestellen Projekt sollen systematische optische Untersuchungen an FeSn-Verbindungen durchgeführt werden, um die Wechselwirkung von Magnetismus, elektronischen Korrelationen und topologischer Ordnung einschließlich der Verbindung zu geometrischer Frustation zu erforschen. Es soll die optische Leitfähigkeit von drei polymorphen Verbindungen FeSn (2dim), Fe2Sn (quasi-2dim) und Fe3Sn (3dim) in einem großen Energie-, Temperatur- und Druckbereich gemessen werden. Hierbei wird das Augenmerk auf folgende Punkte gelegt: (i) Es sollen optische Signaturen der flachen elektronischen Bänder und der Dirac-Fermionen in den magnetischen Kagome-Metallen identifiziert werden. (ii) Durch das Studium der verschiedenen Polymorphe kann etwas erfahren werden über die Kopplung zwischen den Schichten des Kagome-Netzwerks und entsprechend der elektronischen und magnetischen Struktur. (iii) Es soll der Einfluss der Dimensionalität und der Kristallstruktur auf die optischen Eigenschaften geklärt werden. (iv) Externer Druck ermöglicht es andererseits, die Kopplung zwischen den Kagome-Ebenen und innerhalb der Kagome-Ebenen zu variieren. Diese beiden Effekte können separiert werden, wenn man sie mit der Variation zwischen den Verbindungen vergleicht. (v) Äußerer Druck kann auch genutzt warden, um die flachen Bänder und Dirac-Fermionen zu beeinflussen. Die Wechselwirkung zwischen diesen beiden Zuständen und den optischen Eigenschaften ist Gegenstand der vorgeschlagenen Untersuchungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen