Physical Property Measurement System (PPMS)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Großgerät wird für Messungen der spezifischen Wärme, des elektrischen Widerstands, der thermischen Leitfähigkeit, der Thermokraft, sowie der thermischen Ausdehnung und Magnetostriktion verwandt. Es umschließt einen großen Parameterbereich von 0.4 bis 400 K und erlaubt Messungen in Magnetfeldern bis 9 Tesla. Es kam in der Arbeitsgruppe Gegenwart bei folgenden Projekten zum Einsatz: 1) Untersuchung von Spinflüssigkeitsverhalten im geometrisch hochfrustrierten Hyperkagomesystem Na4Ir3O8 mittels Messungen der Tieftemperatur spezifischen Wärme und der thermischen Wärmeleitfähigkeit. 2) Studium der in-plane Anisotropie der Thermokraft am Eisenpniktid EuFe2As2. Mit Hilfe einer uniaxialen Druckklemme konnte die Anisotropie oberhalb und unterhalb des strukturellen Phasenübergangs untersucht werden. 3) Untersuchung von Nicht-Fermiflüssigkeitsverhalten in sehr sauberen CaRuO3 Dünnfilmen. Im PPMS wurden detaillierte Messungen der Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstands in Magnetfeldern bis 9 T bei sehr tiefen Temperaturen durchgeführt. 4) Studium ungewöhnlicher magnetischer Ordnung in Honigwaben-Iridaten A2IrO3 (A=Na, Li) mittels Messungen der spezifischen Wärme im Magnetfeld. Durch Einsatz eines hochempfindlichen kapazitiven Dilatometers in der Multifunktionsprobe konnten wir die thermische Ausdehnung und Magnetostriktion in Kombination mit dem Magnetwiderstand am Eisenpniktid EuFe2As2 detailliert untersuchen. Die Messungen zeigen eine feldinduzierte remanente Entzwilligung des Systems aufgrund einer starken indirekten Kopplung zwischen 4f und 3d magnetischen Momenten. Mit dem Ziel der Abschätzung der Tragfähigkeit verdünnter magnetischer Halbleiter (DMS) für die Spininjektion in GaN wurden die Wechselwirkung magnetischer Verunreinigungen in GaMnN und GaGdN epitaktischen Schichten experimentell untersucht. Die mögliche Ausbildung einer ferromagnetischen Ordnung auf makroskopischer Skala hängt dabei in komplexer Weise mit der Zusammensetzung und der Mikrostruktur der Schichten zusammen, die in erster Linie die Lage des Ferminiveaus relativ zu den d- und f-Zuständen beeinflussen. Als weiteres System wurden epitaktischen ferromagnetischen MnGa Schichten auf GaN auch untersucht. Durch temperaturabhängige Messungen des spezifischen Widerstands wurde der Variable Range Hopping Transport in GaMnN und GaGdN charakterisiert. Mit dem Ziel der Prozessoptimierung wurden 2-dimensionalen-Elektronen-Gas (2DEG) Heterostrukturen mit höchsten Beweglichkeit im GaN/AlGaN System mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Die Magnetotransport Messungen wurden in Abhängigkeit der Temperatur und des magnetischen Feldes durchgeführt. In der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. K. Samwer und Prof. Dr. V. Moshnyaga im I. Physikalischen Institut wird das PPMS zur Charakterisierung von Manganat- Dünnschichtproben eingesetzt. Hier stehen die Temperaturabhängigkeit der elektrischen (dc und ac) Transporteigenschaften, sowie die elektrischen Transporteigenschaften in einem externen Magnetfeld im Vordergrund. Die Manganate zeigen einen Phasenübergang von einer metallischen, ferromagnetischen Tieftemperaturphase in eine isolierende, nichtmagnetische Hochtemperaturphase. Dieser Phasenübergang eines hochkorrelierten Elektronensystems steht im Mittelpunkt der Untersuchungen. Neben der Charakterisierung der elektrischen Eigenschaften läßt sich der Phasenübergang auch durch Licht beeinflussen. In einem Projekt im Rahmen des SFB 1073 „Atomic scale control of energy conversion“ wurde ein spezieller Einsatz für das PPMS entwickelt, der es erlaubt, Laserstrahlung mittels einer Glasfaser einzukoppeln und den Einfluß des Laserlichtes auf die elektrischen Eigenschaften und den Phasenübergang als Funktion der Temperatur zu studieren. Die Entwicklung steht kurz vor dem Abschluß und erste Ergebnisse sind in Kürze zu erwarten. Mit dem Femtosekunden Lasersystem wurden magnetische Tunnelelemente untersucht. Dabei wurden in der magneto-Seebeck Spannung ein Photospannungs- Autokorrelationssignal gemessen, das die ps-Dynamik der Seebeckspannung bei fs-Laseranregung wiedergibt. Ein Einsatz in das PPMS System erlaubt mittels Piezoscanner räumliches Abrastern der Laseranregung von Proben mit 10 nm lateraler Auflösung bei Laserfoci von wenigen Mikrometern.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Variable range hopping transport in ferromagnetic GaGdN epitaxial layers. Phys. Rev. B 80, 195208 (2009)
A. Bedoya Pinto, J. Malindretos, M. Roever, D.-D. Mai and A. Rizzi
- Epitaxial 5-MnxGa1-x layers on GaN(0001): Structural, magnetic, and electrical transport properties. Phys. Rev. B 84, 104424 (2011)
Bedoya-Pinto, C. Zube, J. Malindretos, A. Urban and A. Rizzi
- MBE growth of high electron mobility 2DEGs in AlGaN/GaN heterostructures controlled by RHEED. AIP Advances 2, 012108 (2012)
D. Broxtermann, M. Sivis, J. Malindretos and A. Rizzi
- Parameter space for thermal spintransfer torque. SPIN 3, 1350002 (2013)
J. C. Leutenantsmeyer, M. Walter, V. Zbarsky, M. Münzenberg, R. Gareev, K. Rott, A. Thomas, G. Reiss, P. Peretzki, H. Schuhmann, M. Seibt, M. Czerner, C. Heiliger
- Spin liquid close to a quantum critical point in Na4Ir3O8. Phys. Rev. B 88 (2013) 220413(R)
Y. Singh, Y. Tokiwa, J. Dong, P. Gegenwart
- Thermopower as a Sensitive Probe of Electronic Nematicity in Iron Pnictides. Phys. Rev. Lett. 110 (2013) 067001
S. Jiang, H.S. Jeevan, J. Dong, P. Gegenwart
- Time-resolved measurement of the tunnel magneto-Seebeck effect in a single magnetic tunnel junction. Rev. Sci. Instrum. 84, 063905 (2013)
A. Boehnke, M. Walter, N. Roschewsky, T. Eggebrecht, V. Drewello, K. Rott, M. Münzenberg, A. Thomas, G. Reiss
- Time-resolved measurement of the tunnel magneto-Seebeck effect in a single magnetic tunnel junction. Rev. Sci. Instrum. 84, 063905 (2013)
A. Boehnke, M. Walter, N. Roschewsky, T. Eggebrecht, V. Drewello, K. Rott, M. Münzenberg, A. Thomas, G. Reiss
- Effect of isoelectronic doping on the honeycomb-lattice iridate A2IrO3. Phys. Rev. B 89 (2014) 245113
S. Manni, S. Choi, I.I. Mazin, R. Coldea, M. Altmeyer, H.O. Jeschke, R. Valenti, P. Gegenwart
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.245113) - Effect of nonmagnetic dilution in the honeycomb-lattice iridates Na2IrO3 and Li2IrO3. Phys. Rev. B 89 (2014) 245112(R)
S. Manni, Y. Tokiwa, P. Gegenwart
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.241102) - Intrinsic antiferromagnetic coupling underlies colossal magnetoresistance effect: Role of correlated polarons. Phys. Rev. B 89, 024420 (2014)
V. Moshnyaga, A. Belenchuk, S. Hühn, C. Kalkert, M. Jungbauer, O. I. Lebedev, S. Merten, K.-Y. Choi, P. Lemmens, B. Damaschke, and K. Samwer
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevB.89.024420) - Low-Energy Electronic Properties of Clean CaRuO3: Elusive Landau Quasiparticles. Phys. Rev. Lett. 112 (2014) 206403
M. Schneider, D. Geiger, S. Esser, U.S. Pracht, C. Stingl, Y. Tokiwa, V. Moshnyaga, I. Sheikin, J. Mravlje, M. Scheffler, P. Gegenwart
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.206403) - Persistent Detwinning of Iron-Pnictide EuFe2As2 Crystals by Small External Magnetic Fields. Phys. Rev. Lett. 113 (2014) 227001
S. Zapf, C. Stingl, K.W. Post, J. Maiwald, N. Bach, I. Pietsch, D. Neubauer, A. Löhle, C. Clauss, S. Jiang, H.S. Jeevan, D.N. Basov, P. Gegenwart, M. Dressel
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.227001)
