Luttingerflüssigkeitsverhalten und deconfinement in quasi-eindimensionalen organischen Verbindungen

• Applicant: Professor Dr. Martin Dressel
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2006 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 27173681

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

Im Rahmen dieses Projektes wurden die elektrischen und optischen Eigenschaften niedrigdimensionaler Metalle untersucht. Die Anisotropie dieser Systeme führt dazu, dass sich elektronische Bänder nur entlang einer Kristallrichtung ausbilden. Der elektrische Strom wird dadurch entlang dieser Richtung gut geleitet, während die beiden anderen isolierend sind. Es wird erwartet, dass das physikalische Verhalten dieses eindimensionalen Metalls grundsätzlich ein anderes ist als in konventionellen mehrdimensionalen Leitern, da die reduzierte Dimension sich stark auf die Bewegungsfreiheit der Elektronen und ihre Wechselwirkung untereinander auswirkt. Was geschieht, wenn wir nun kontinuierlich vom eindimensionalen zum zwei bzw. dreidimensionalen Metall übergehen? Die hier erforschten organischen eindimensionalen Kristalle, aufgebaut aus Ketten von TMTTF-Molekülen, sind ideale Modellsysteme, um dieser Fragestellung nachzugehen: Die TMTTF-Ketten stellt den eindimensionalen Leiter dar; ihr Abstand lässt sich durch externen Druck bzw. durch tiefe Temperatur verringern. Von uns wurden Messungen der Kristallstruktur und der elektrischen und optischen Leitfähigkeit bei Variation der Parameter Druck und Temperatur durchgeführt. Beide Größen steigen bei tiefen Temperaturen bzw. hohen Drücken deutlich an. Von Bedeutung hierbei ist besonders der Anstieg senkrecht zu den Ketten. So gibt es in der elektrischen Leitfähigkeit Anzeichen für metallisches Verhalten, die optische weist einen deutlichen Anstieg besonders bei niedrigen Frequenzen auf. Die zeigt, dass das System unter den Parametern Druck bzw. Temperatur einen Übergang Richtung „Deconfinement“ entwickelt; d. h. die Elektronen des Kristalls können ihre eingeschränkte Bewegungsmöglichkeit, welcher sie in einer Dimension unterworfen waren, überwinden. Das System geht kontinuierlich über von ein- nach zweidimensional. Dieser Dimensionsübergang wird durch unsere aus den Kristallstrukturdaten durchgeführten Bandstrukturberechnungen theoretisch unterstützt. Die Leitfähigkeitsmessungen zeigen auch, dass mit dem „Deconfinement“ eine Reduzierung der Coulomb-Abstoßung der Elektronen einhergeht.

Publications

• Ordering Phenomena in Quasi One-Dimensional Organic Conductors. Naturwissenschaften, Vol. 94.2007, Issue 7, pp. 527-541.
  M. Dressel
  
• Ordering Phenomena in (TMTTF)2X Salts under Hydrostatic Pressure. 5th International Workshop on Electronic Crystals, Cargese (Frankreich) August 2008
  E. Rose, M. Dumm, G. Untereiner, and M. Dressel
  
• Pressure-induced structural phase transition in the Bechgaard-Fabre salts. Synthetic Metals, Vol. 159. 2009, Issues 19–20, pp. 2097–2100.
  A. Pashkin, M. Dressel, S.G. Ebbinghaus, M. Hanfland und C. A. Kuntscher
  
• Tailoring Matter on the Molecular Level: Organic Solids as Models to Study Physics in Reduced Dimensions. JST-DFG Workshop on Nanoelectronics, Kyoto (Japan) Januar 2009
  M. Dressel
  
• Deconfinement transition and dimensional crossover in the Bechgaard-Fabre salts: Pressure- and temperature-dependent optical investigations. Physical Review B, Vol. 81.2010, 125109
  A. Pashkin, M. Dressel, M. Hanfland und C. A. Kuntscher
  
• Electronic Correlations in Organic Conductors. 20th International Confernece on Science and Technology of Synthetic Metals, Kyoto (Japan) Juli 2010
  M. Dressel
  
• Fermi-Liquid vs Non-Fermi-Liquid Behavior in Two-Dimensional Organic Metals'. International Conference on Conducting Materials, Sousse (Tunesien) November 2010
  M. Dressel
  
• Tuning dimensionality in correlated electron systems. Symposium on "Novel states in correlated condensed matter – from model systems to real materials'', Berlin März 2010
  M. Dressel, N. Drichko, M. Dumm, and C. Kuntscher
  
• Comprehensive transport study of anisotropy and ordering phenomena in quasi-onedimensional (TMTTF)2X salts (X = PF6,AsF6,SbF6,BF4,ClO4,ReO4). Phys. Rev. B (2011) Physical Review B, Volume 84. 2011, Issue 3, ID 035124.
  B. Köhler, E. Rose, M. Dumm, G. Untereiner, and M. Dressel
  
• Electrodynamics of correlated electron materials. Rev. Mod. Phys. 83, 471 - 542 (2011). Reviews of Modern Physics Volume 83. 2011, Issue 2, pp.471–541.
  N. Basov, R. Averitt, D. van der Marel, M. Dressel und K. Haule
  
• Interplay between anion degrees of freedom, ordering phenomena and charge transport in (TMTTF)2X salts. 6th International Workshop on Electronic Crystals, Cargese (Frankreich) August 2011
  E. Rose, K. Schrem, G. Untereiner, and M. Dressel
  
• Quantum criticality in organic conductors? Fermi liquid versus non-Fermi-liquid behaviour. Journal of Physics: Condensed Matter, Vol. 23. 2011, Number 29, 293201.
  M. Dressel
  
• Spin dynamics of the organic linear chain compounds (TMTTF)2X (X = SbF6, AsF6, BF4, ReO4, and SCN) Physical Review B, Vol. 83, 205126 (2011).
  B. Salameh, S. Yasin, M. Dumm, G. Untereiner, L.K. Montgomery und M. Dressel
  
• Tunig the dimensionality of correlated electron systems: pressure dependent optical and transport studies in TMTTF and TMTSF salts. 6th International Workshop on Electronic Crystals, Cargese (Frankreich) August 2011
  M. Dressel, B. Köhler, C.A. Kuntscher, A. Pashkin, E. Rose and K. Schremm
  
• Broken magnetic symmetry due to charge-order ferroelectricity discovered in (TMTTF)2X salts by multifrequency ESR. Physical Review B, Vol. 85. 2012 , Issue 14, 144428.
  S. Yasin, B. Salameh, E. Rose, M. Dumm, H.-A. Krug von Nidda, A. Loidl, M. Ozerov, G. Untereiner, L.K. Montgomery und M. Dressel
  
• Coupling between molecular chains and anions in (TMTTF)2X salts. Physica B: Condensed Matter, Vol. 407. 2012, Issue 11, pp. 1787–1792.
  E. Rose und M. Dressel
  
• Electrodynamics of Bechgaards Salts: Optical Properties of One-Dimensional Metals. ISRN (International Scholarly Research Network) Condensed Matter Physics, Vol. 2012, ID 732973, 21 pages (2012)
  M. Dressel
  
• Pressure-dependent structural and electronic properties of quasi-one-dimensional (TMTTF)2PF6. Journal of Physics: Condensed Matter, Vol. 25. 2013, Nr.1, 014006.
  E. Rose, C. Loose, J. Kortus, A. Pashkin, C.A. Kuntscher, S G Ebbinghaus, M Hanfland, F Lissner, Th Schleid and M. Dressel