Magnetische Ordnung in Mn-basierten Seltenderd-Digermaniden (REMn2Ge2) und Übergangsmetall-Diphosphiden (RET2P2) und ihr Wechselspiel mit Kondo-Effekt und Rashba-artiger Spin-Bahn-Wechselwirkung an der Oberfläche

• Antragsteller: Professor Dr. Cornelius Krellner, seit 7/2024
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 512344413

Das Projekt zielt auf eine umfassende spektroskopische Untersuchung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften einer Klasse von ternären RET2X2-Materialien ab (RE = Seltenerdmetall, T = Übergangsmetall). Im Allgemeinen trägt in den meisten dieser Seltenerd-Übergangsmetallverbindungen das Übergangsmetallatom kein oder nur ein vernachlässigbares magnetisches Moment. Hier konzentrieren wir uns auf REMn2Ge2- und RET2P2-Verbindungen, wobei RE = Ce, Nd, Sm, Gd und T=Ir, Co. In den meisten dieser Materialien tragen sowohl die Übergangsmetall- als auch die Seltenerdmetallatome ein magnetisches Moment. Das Wechselspiel zwischen den T-T, RE-T und RE-RE-Austauschwechselwirkungen (T = Mn, Co) kann zu komplexem magnetischen Verhalten führen, welches bisher in entsprechenden RET2X2-Verbindungen mit nur einem magnetisch aktiven Element unberücksichtigt blieb. Entsprechende Verbindungen werden in Form von millimetergroßen, qualitativ hochwertigen einkristallinen Proben hergestellt. Ihre Struktur besteht aus X-T-X-Dreifachschichten, die durch RE-Lagen getrennt sind, was eine einfache Präparation wohldefinierter Oberflächen mit verschiedenen Terminierungen durch Spaltung ermöglicht. Das Projekt umfasst (i) Einkristallzucht mit umfassender Charakterisierung der komplexen magnetischen Phasendiagramme mittels thermodynamischer Messungen, (ii) spektroskopische Untersuchungen der Proben mittels winkel- und spinaufgelöster Photoemission (ARPES und SR-ARPES), zirkularem (XMCD) und linearem (XMLD) magnetischen Röntgendichroismus und resonanter inelastischer Röntgenstreuung (RIXS), und (iii) Schicht-Bandstrukturrechnungen sowie theoretische Modellierung auf der Grundlage verschiedener Ansätze wie z.B. dem Anderson Modell. Das Projekt befasst sich insbesondere mit den Oberflächeneigenschaften dieser Verbindungen, die sich aus dem Wechselspiel verschiedener magnetischer Untergitter und starker Elektronenkorrelationen ergeben. Aus der leicht spaltbaren geschichteten Struktur der vorgeschlagenen Materialien ergeben sich atomar saubere, flache Oberflächen, welche eine breite Vielfalt an mehrschichtigen Modellsystemen je nach Oberflächenterminierung bieten. Die Oberflächen weisen oftmals faszinierende elektronische und magnetische Phänomene auf und eignen sich perfekt zur Untersuchung mittels oberflächensensitiver Spektroskopiemethoden wie UV-ARPES. Die Brechung der Inversionssymmetrie in Kombination mit starker Spin-Bahn-Kopplung (Rashba-Effekt) und Austauschwechselwirkung sind die Schlüsselmechanismen zur Erzeugung hoch spinpolarisierter zweidimensionaler Elektronenzustände an Oberflächen bzw. Grenzflächen. Die weitere Kombination mit Kondo-artigen Phänomenen und dem kristallelektrischen Feld bei reduzierten Dimensionalitäten bietet neue Möglichkeiten, die spinabhängigen Eigenschaften der Ladungsträger zu beeinflussen und eröffnet neue Wege zu möglichen spintronischen Funktionalitäten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr. Monika Güttler, bis 7/2024