Korrelierte Protonen-Unordnung und frustrierter Magnetismus in Hydroxid-Perowskiten

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Doert; Professor Dr. Dmytro Inosov
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536621965

Hydroxid-Perowskite stellen eine reichhaltige Klasse von Materialien dar, bei denen vor kurzem nachgewiesen wurde, dass sie eine korrelierte Protonenunordnung ähnlich zu denen in hexagonalem Wassereis aufweisen. Viele dieser Verbindungen enthalten magnetische Übergangsmetallionen. Von besonderem Interesse sind die sogenannten Doppelhydroxid-Perowskite mit einer kochsalzartigen Anordnung von magnetischen und nichtmagnetischen Übergangsmetallionen auf der B-Position, die ein geometrisch frustriertes magnetisches fcc-Untergitter bilden. Die Theorie des frustrierten Magnetismus auf einem fcc-Gitter ist Gegenstand intensiver aktueller Forschung, was darauf hindeutet, dass dieses magnetische Modell vielversprechend für die Realisierung von quantengestörten Grundzuständen sein könnte, die auch als Spinflüssigkeiten bekannt sind. Die experimentelle Realisierung solcher Gitter ist jedoch noch sehr begrenzt. Die hohe chemische Durchstimmbarkeit von Hydroxid-Perowskiten macht sie zu einer ausgezeichneten Plattform für die Untersuchung von frustriertem Magnetismus, allerdings ist die experimentelle Charakterisierung ihrer magnetischen Eigenschaften bisher unzureichend. Für einige Doppelhydroxid-Perowskite, die 5d-Übergangsmetallionen (wie z. B. Ir) enthalten, ist selbst die Kristallstruktur noch ungeklärt. In diesem Projekt sollen daher magnetische Hydroxid-Perowskite synthetisiert, kristallographisch charakterisiert und ihre magnetischen Eigenschaften durch thermodynamische Messungen und Neutronenstreuung untersucht werden. Eine der zentralen wissenschaftlichen Fragen unseres Projektes ist die Wechselwirkung zwischen der korrelierten Unordnung der Protonen und der magnetischen Frustration. Wir werden experimentelle Parameter wie Temperatur und hydrostatischen Druck nutzen, um die Protonendynamik zu beeinflussen und vielleicht sogar einen Phasenübergang mit Protonenordnung in einigen der Systeme zu erzwingen, wodurch wir zum ersten Mal den Einfluss der Protonendynamik auf die magnetischen Korrelationen in einem frustrierten Spinsystem direkt beobachten können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen