Exotischer Magnetismus und Korrelationsphänomene an der Oberfläche und im Volumen von Seltenerd-basierten Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Cornelius Krellner; Professor Dr. Clemens Laubschat
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 348742864

Gegenstand des vorliegenden Projektantrags sind Untersuchungen ungewöhnlicher magnetischer Eigenschaften sowie von elektronischen Korrelationsphänomenen in Übergangsmetallverbindungen Seltener Erden (RE). Besondere Aufmerksamkeit soll dabei dem oberflächennahen Bereich gewidmet werden, um Unterschiede zu den Volumeneigenschaften dieser Systeme herauszuarbeiten. Die Materialien zeigen ein breites Spektrum von ungewöhnlichen Eigenschaften, die durch ein sensibles Zusammenspiel von elektronischen und magnetischen Freiheitsgraden verursacht werden und von magnetischer Ordnung über Supraleitung, Kondo- und Schwere-Fermionen-Verhalten bis hin zu einem Zusammenbruch des Fermi-Flüssigkeits-Bilds reichen. Die Diskussion solcher Phänomene beschränkt sich in der Regel auf die Volumeneigenschaften dieser Systeme; unsere bisherigen Ergebnisse zeigen aber eindeutig, dass diese Eigenschaften im oberflächennahen Bereich dramatisch von denen im Volumen abweichen können. Die oben genannten ungewöhnlichen Zustände der Materie ergeben sich aus Wechselwirkungen der stark lokalisierten 4f-Elektronen mit den itineranten Bloch-Zuständen des Valenzbands, die empfindlich mit den jeweiligen Symmetrieeigenschaften und Energiepositionen der beteiligten Zustände variieren und damit von der chemischen Zusammensetzung und den strukturellen Eigenschaften der Verbindungen abhängen. Die Valenzbandzustände können im Volumen durch Legieren verändert werden, an der Oberfläche speziell durch Aufbringen von Adsorbatschichten, so dass ein gesteuertes Durchstimmen der elektronischen und magnetischen Eigenschaften möglich wird.Das Projekt beschäftigt sich mit der elektronenspektroskopischen Untersuchung in der Nähe von Phasenübergängen zwischen magnetisch geordneten und ungeordneten Zuständen. Wir konzentrieren uns dabei auf RET2M2 Verbindungen, die in der tetragonalen ThCr2Si2 Schichtstruktur kristallisieren und in Form einkristalliner Proben hergestellt werden können. Das Projekt umfasst (i) die Züchtung dieser Kristalle und die Charakterisierung ihrer strukturellen und magnetischen Eigenschaften, (ii) die spektroskopische Untersuchung ihrer elektronischen Struktur mittels spin- und winkelaufgelöster Photoelektronenspektroskopie im UV- und weichen Röntgenbereich und resonanter inelastischer Röntgenstreuung, sowie (iii) Bandstrukturrechnungen für den Volumenkristall und den oberflächennahen Bereich in slab-Geometrie, ergänzt durch theoretische Modellierungen. Spezielle Themen sind (i) die Trennung und Charakterisierung von magnetischen und elektronischen Oberflächen- und Volumenphänomenen, (ii) temperaturabhängige Untersuchungen des Oberflächenmagnetismus und von k-abhängigen elektronischen fd-Hybridisierungsphänomenen, (iii) die Untersuchung der elektronischen und magnetischen Eigenschaften an der Oberfläche bei der Abscheidung von Adsorbatschichten, und (iv) die Korrelation der spektroskopisch beobachteten Phänomene mit den makroskopischen Tieftemperatureigenschaften der Systeme.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen