Magnetismus, Nematizität und Supraleitung in 1111 Oxipniktid Einkristallen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Markus Braden; Dr. Sabine Wurmehl
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461247437

Die Entdeckung der Supraleitung in F-dotiertem LaFeAsO eröffnete die sogenannte Eisen-Zeit der Hochtemperatursupraleitung. Die breite Klasse wird inzwischen als Eisen-basierte Supraleiter (IBS) zusammengefasst. Drei Typen von Ordnung beobachtet man in IBS: (i) orbitale oder elektronische Ordnung (ii) orthorhombische Verzerrung und (iii) eine antiferromagnetische Spin-Dichte-Welle. Oberhalb der langreichweitig geordneten Zustände kann eine Phase auftreten, in der die Rotationssymmetrie gebrochen ist, nicht aber Zeitumkehr- und Translationssymmetrien. Diese Phase wird als nematisch bezeichnet. Magnetismus, Nematizität und Supraleitung sind eng miteinander verknüpft, aber die Frage, welches dieser drei Elemente zentral ist, kann nicht beantwortet werden. Während viele IBS-Familien sehr detailliert studiert wurden, bleibt das ursprüngliche System von dotiertem REFeAsO (1111) mit RE einer Seltenen Erde weitgehend unerforscht. Dabei zeigen gerade diese Materialien die höchsten supraleitenden Sprungtemperaturen im Volumen und weisen deutliche Unterschiede zu den anderen Systemen auf, wie eine höhere orbitale Entartung und eine reduzierte elektronische Dimensionalität.Aufgrund der großen Schwierigkeiten in der Kristallzüchtung ist die 1111-Familie das mit Abstand am wenigsten untersuchte IBS-System. Erst vor kurzem gelang es in der Gruppe von PI Sabine Wurmehl, große und facettierte Einkristalle über eine Züchtung im festen Zustand zu erzielen. Diese Methode ist sehr ungewöhnlich und wenig erforscht. Das Kristallwachstum wird hierbei über die Diffusion kontrolliert, und die Kristalle wachsen aus einer polykristallinen Matrix durch anormales Kornwachstum. Dieser Erfolg in der Züchtung von LaFeAsO Kristallen eröffnet völlig neue Perspektiven für spannende Experimente in den Bereichen Chemie und Physik. Wir können nun von den Möglichkeiten profitieren, die die 1111-Kristalle eröffnen, und dabei Anstrengungen in der Kristallzüchtung mit Streuexperimenten kombinieren. Die Kristallstruktur soll im Detail aufgeklärt und dabei die strukturellen Verzerrungen identifiziert werden, für die NQR-Experimente starke Hinweise liefern. Insbesondere die magnetische Ordnung und die kurzreichweitigen magnetischen Korrelationen als Funktion von Zusammensetzung, Temperatur und einachsiger Stauchung sollen bestimmt werden. In vielen Theorien sind magnetische Fluktuationen der Schlüssel des supraleitenden Paarungsmechanismus; diese Anregungen sollen mittels inelastischer Neutronenstreuung untersucht werden, sobald genügende Mengen von Einkristallen zur Verfügung stehen. Die supraleitenden Spin-Resonanz-Moden sollen insbesondere in Materialien mit hoher supraleitender Übergangstemperatur untersucht werden, und angesichts der unterschiedlichen elektronischen Struktur der 1111 Verbindungen erscheint die Analyse der resultierenden Anisotropie magnetischer Anregungen als höchst aufschlussreich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen