Verknüpfung von Dynamik und Kinetik defektdotierter Spinketten und -leitern

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Büchner; Professor Dr. Christian Hemker-Heß
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245897470

Das Ziel dieses Schweizer-deutschen DACH Antrags ist die experimentelle Untersuchung der Korrelation zwischen den dynamischen Eigenschaften und den Transporteigenschaften eindimensionaler Quantenmagnete durch die Kombination von Neutronenspektroskopie und Messungen der thermischen Leitfähigkeit. Den Hauptgegenstand unseres Interesses bilden die Anregungen und der Transport in lückenlosen Spinketten und -leitern mit Spindefekten. Wir werden dabei die Defektphysik in Doppelkettenstrukturen, in denen, klassisch gesehen, propagierende magnetische Quasiteilchen einen Spindefekt passieren können, mit der in fragmentierten Einfachketten gegenüberstellen und vergleichen. Wir planen auch, die Abhängigkeit der defektinduzierten Phänomene auf das Vorzeichen und die Stärke der Quasiteilchen- (Spinon-) Wechselwirkung zu untersuchen. Für diese Aufgaben haben wir mehrere repräsentative Verbindungen ausgewählt, die als beinahe perfekte Realisierungen fundamentaler eindimensionaler S=1/2 Heisenbergmodelle bekannt sind. S = 0, S = 1, S = 3/2, und andere Defekttypen werden wir in diese Systeme mittels chemischer Substitution einbringen. Inelastische Neutronenstreuungsexperimente werden den Effekt der Spindefekte auf das Spinonenanregungsspektrum sondieren, mit einem Fokus auf neuartige lokalisierte und gebundene Defektzustände. Begleitende Wärmetransportmessungen werden den kinetischen Aspekt der Spinonenpropagation und deren Wechselwirkung mit Phononen untersuchen. Das ultimative Ziel wird es sein, die Befunde aus den dynamischen und den kinetischen Studien in einem einheitlichen physikalischen Bild zu verknüpfen. Für die meisten der geplanten Forschungsaspekte sind bereits faszinierende und sehr vielversprechende Vorergebnisse erzielt worden. Die Hauptidee dieses gemeinsamen DACH-Projektes ist, das komplementäre Expertenwissen an der ETH Zürich und dem IFW Dresden synergetisch zu nutzen. Die Gruppe der ETHZ besitzt langjährige Erfahrung in der Untersuchung von Quantenmagneten mit Neutronenstreuung und tiefgreifendes Wissen über organische Spinsysteme. Das Team am IFW Dresden ist weltweit bekannt für magnetische Wärmetransportstudien und hat langjährige Erfahrung mit niedrigdimensionalen Kupraten. Die beiden Arbeitsgruppen werden zudem ihre starke Ausrüstung mit unterstützenden Charakterisierungsmethoden, einschließlich NMR und hochauflösender Ramanspektroskopie zusammenführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Beteiligte Person: Professor Dr. Andrey Zheludev