Kryogenfreie Thermodynamik- und Transport-Messplattform

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 530330511

Beantragt wird eine kryogenfreie Thermodynamik- und Transport-Messplattform für tiefe Temperaturen und hohe Magnetfelder. Diese Messplattform wird eine zentrale Rolle im neu aufgebauten Lehrstuhl für Experimentalphysik IV (Experimentelle Festkörperphysik) der Ruhr-Universität Bochum einnehmen. Es sollen im Wesentlichen Quantenmaterialien in einem weiten und kryogenen Temperaturbereich sowie in hohen Magnetfeldern mit grundlegenden thermodynamischen und Transportmethoden untersucht werden – entscheidend für das Verständnis ihrer ungewöhnlichen Phänomene. Der Lehrstuhl stellt einkristalline Proben selbst her, was eine volle Auslastung des Gerätes absichert. Probenumgebung: Mit der kryogenfreien Messplattform mit He-3 Option kann eine Temperaturumgebung von 0.4-400 K routinemäßig erzeugt werden. Eine Versorgung mit flüssig-Helium ist nicht notwendig, was den kontinuierlichen Einsatz – unabhängig von der Versorgungslage mit dem Rohstoff Helium – ermöglicht. Magnetfelder von bis zu 14 T erlauben dabei, Hochfeldeffekte zu betrachten. Messgrößen: Die zentralen Messgrößen für den vorliegenden Antrag sind elektrischer Widerstand, spezifische Wärmekapazität und Magnetisierung. Gemeinsam mit dem sich am Lehrstuhl im Aufbau befindlichen „Messplatz Dehnung“ kann so ein Großteil der thermodynamischen Eigenschaften und der grundlegende elektronische Transport von magnetischen Quantenmaterialien abgedeckt werden. Fragestellungen: Die Messplattform wird zahlreiche kompetitive Projekte ermöglichen. Sie wird es ermöglichen, Phasenübergänge grundlegend zu untersuchen, magnetische Eigenschaften zu bestimmen und fundamentale Anregungen bei tiefen Temperaturen zu charakterisieren. Ein wichtiges Projekt (ERC) betrachtet verschiedene nematische Supraleiter (u. a. Ba(Fe,Co)2As2 und SrxBi2Se3), wobei die Charakterisierung ihrer Supraleitung bei sehr tiefen Temperaturen und in hohen Magnetfeldern von zentraler Bedeutung für den Erfolg dieses high-risk/high-gain Projektes ist. Weitere Projekte befassen sich mit kollektiven Kompositanregungen in mehreren Plattformmaterialien mit Koexistenz zweier Ordnungsparameter bzw. den Eigenschaften des Antiferromagneten (Sr,Ca)Co2As2 in hohen Magnetfeldern und unter anisotroper Dehnung. In Vorbereitung befindliche Projekte werden die Suche nach neuen Materialien behandeln, z. B. Materialien mit gekoppelten elektronisch-strukturellen Phasenübergängen und magnetische Übergangsmetall-Dichalcogenide, sowie die Materialforschung im geplanten Exellenzcluster „Transforming Materials (Science)“. Insgesamt wird ein Großteil der Projekte des Lehrstuhls von der Messplattform profitieren, oft durch die Charakterisierung der am Lehrstuhl hergestellten Proben neuer Materialien. Das Gerät wird zudem über eine zukünftige „shared-labs“ Initiative des Materials Research Department der Ruhr-Universität Bochum Mitgliedern anderen Arbeitsgruppen zugänglich gemacht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Kryogenfreie Thermodynamik- und Transport-Messplattform
• Gerätegruppe: 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiterin: Professorin Dr. Anna E. Böhmer