Mikrowellenspektroskopie zur Dynamik metallischer und supraleitender schwerer Fermionen
Final Report Abstract
Die metallische Leitfähigkeit von Schwere-Fermionen-Verbindungen hängt von den Eigenschaften ihrer charakteristischen „schweren“ Ladungsträger ab. Hierzu gehört eine Streurate, die um Größenordnungen niedriger liegt als für konventionelle Metalle. In diesem Projekt haben wir mit detaillierten frequenzabhängigen Messungen der Mikrowellenleitfähigkeit des Schwere-Fermionen-Materials UNi2Al3 gezeigt, dass es über einen großen Frequenz- und Temperaturbereich einem einfachen Drude-Verhalten folgt, wobei die der Streurate entsprechenden Relaxationszeiten im Bereich von einigen 10^-11 s liegen und damit extrem lang sind. Erstmals konnten wir anisotropes Drude-Verhalten für ein Schwere-Fermionen-Metall nachweisen und deutliche Unterschiede in der Temperaturabhängigkeit finden, die wir mit richtungsabhängigen effektiven Massen interpretieren. An UNi2Al3 konnten wir auch die ersten detaillierten breitbandigen Mikrowellenmessungen an supraleitenden schweren Fermionen durchführen. Das beobachtete Verhalten entspricht den Erwartungen für Supraleiter allgemein: Der Realteil der frequenzabhängigen Leitfähigkeit ist bei niedrigen Frequenzen (hier unterhalb von 300 MHz) durch thermisch angeregte Quasiteilchen stark erhöht und bei höheren Frequenzen stark unterdrückt, was durch die Form der Einteilchenzustandsdichte mit supraleitender Energielücke erklärt werden kann. Der Imaginärteil der Leitfähigkeit hingegen steigt unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur drastisch an und spiegelt damit die Dichte der supraleitenden Cooper-Paare wieder. Durch ergänzende Messungen bei höheren Frequenzen, im THz-Bereich, konnten wir für UNi2Al3 einen zweiten Drude-Verlauf nachweisen, den wir als jenen durch THz-Strahlung angeregter, nun „leichter“ Elektronen interpretieren. An CeCoIn5 konnten wir im THz-Bereich ebenfalls metallisches Verhalten mit einem Drude-Abfall in der Leitfähigkeit beobachten, bei Temperaturen unterhalb von 30 K ist dieses Drude-Verhalten aber modifiziert, was mit frequenzabhängigen Streuprozessen durch Quantenkritikalität erklärt werden kann.
Publications
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Microwave inductance of thin metal strips. J. Appl. Phys. 108, 096102 (2010)
Katrin Steinberg, Marc Scheffler, Martin Dressel
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Magnetoresistance and Phase Diagram of Thin-Film UNi2Al3 J. Phys. Soc. Jpn. 80, SA015 (2011)
Marc Scheffler, Eva Rose, Julia P. Ostertag, Karl Schrem, Katrin Steinberg, Martin Dressel, Martin Jourdan
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Terahertz conductivity of the heavy-fermion compound UNi2Al3. Phys. Rev. B 85, 035132 (2011)
Julia P. Ostertag, Marc Scheffler, Martin Dressel, Martin Jourdan
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Broadband microwave spectroscopy in Corbino geometry at 3He temperatures. Rev. Sci. Instrum. 83, 024704 (2012)
Katrin Steinberg, Marc Scheffler, Martin Dressel
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Microwave spectroscopy on heavy-fermion systems: Probing the dynamics of charges and magnetic moments. Phys. Status Solidi B 250, 439 (2013)
Marc Scheffler, Katrin Schlegel, Conrad Clauss, Daniel Hafner, Christian Fella, Martin Dressel, Martin Jourdan, Jörg Sichelschmidt, Cornelius Krellner, Christoph Geibel, Frank Steglich
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Terahertz Conductivity of the Heavy-Fermion State in CeCoIn5. J. Phys. Soc. Jpn. 82, 043712 (2013)
Marc Scheffler, Thomas Weig, Martin Dressel, Hiroaki Shishido, Yuta Mizukami, Takahito Terashima, Takasada Shibauchi, Yuji Matsuda
