Thermodynamik und Transport in korrelierten elektronischen Systemen, insbesondere mit konkurrierenden Wechselwirkungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Förderung durch das Heisenberg-Stipendium hat es mir erlaubt, eine ganze Reihe Themen erfolgreich zu bearbeiten. Die wichtigsten Ergebnisse sind: 1. Bei frustrierten Spinsystemen war der Kontakt zu experimentellen Gruppen wichtig. In einer Kooperation mit den Gruppen von Michael Lang und Roser Valenti in Frankfurt konnten wir nach langer Zeit erstmalig eine konsistente Beschreibung der magnetischen Eigenschaften von Azurit im Rahmen eines quasi-eindimensionalen Modells etablieren. Bei der Modellierung von BaMn2As2 hatte uns David Johnston vom Ames Laboratory um Hilfe gebeten. In diesem Fall ist eine quasi-zweidimensionale Modellierung erforderlich, die wir erfolgreich im Rahmen einer semiklassischen Beschreibung implementieren konnten. Für mögliche Anwendungen ist der magnetokatorische Effekt von besonderer Bedeutung. Hier konnten wir in einer Kooperationen mit der Gruppe von Michael Lang (Frankfurt) anhand einer Spin-1/2 Heisenberg-Kette das Potential von Quantenphasenübergängen bei der Effizienzsteigerung magnetischer Tieftemperaturkühlung demonstrieren. 2. Itinerante Elektronen auf stark frustrierten Gittern sind für Flachband-Ferromagnetismus bekannt. In einer Kooperation mit Johannes Richter (Magdeburg) und Oleg Derzhko (L'viv) konnten wir hier zu einer Charakterisierung der exakten Grundzustände bei bestimmten Füllfaktoren beitragen. Eindimensionale Modelle haben dabei den Vorteil, dass eine weitgehend exakte Behandlung möglich ist. Für besonders wichtig halte ich jedoch unsere Untersuchungen des zweidimensionalen Tasaki-Modells: hier ist es uns gelungen, bei dem Übergang vom Parazum Ferromagneten mithilfe einer Abbildung der quantenmechanischen Grundzustände auf ein perkolationsartiges klassisches Problem einen Durchbruch zu erzielen. Wir beobachteten nicht nur eine Verschiebung des Übergangs relativ zu einem einfachen Perkolationsproblem, sondern zu unserer Überraschung fanden wir zwischen den para- und ferromagnetischen Phasen bei fester Teilchenzahl einen phasenseparierten Zustand. 3. Schließlich konnten wir uns an Untersuchungen des Randmagnetismus in Graphen beteiligen. Die vorhergesagte statistische Ordnung ist genaugenommen ein Artefakt der Molekularfeldnäherung; eine direkte Beobachtung ist auch aus diesem Grund schwierig. Jedoch konnten wir zeigen, dass ein niederenergetischer Peak in der lokalen Zustandsdichte einerseits überraschend genau von der Molekularfeldnäherung beschrieben wird und andererseits charakteristisch für den Randmagnetismus ist. Wir haben daher vorgeschlagen, den Magnetismus an Zickzack-Rändern von Graphen-Proben mittels Rastertunnelspektroskopie zu untersuchen. Statische Eigenschaften standen z.B. in Form von Thermodynamik bei den meisten Untersuchungen im Vordergrund. Dennoch waren auch dynamische Eigenschaften nicht nur in Form von Rastertunnelspektroskopie an Graphen wichtig, sondern die Übereinstimmung des dynamischen Strukturfaktors des Spin-Modells für Azurit mit inelastischer Neutronen-Streuung ist ein zentrales Argument für die Gültigkeit unserer Modellierung.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Correlation Functions and Excitation Spectrum of the Frustrated Ferromagnetic Spin-1/2 Chain in an External Magnetic Field, Phys. Rev. B76 (2007) 174420
T. Vekua, A. Honecker, H.-J. Mikeska, F. Heidrich-Meisner
- Low-Temperature Thermodynamics for a Flat- Band Ferromagnet: Rigorous versus Numerical Results, Phys. Rev. 876 (2007) 220402(R)
O. Derzhko, A. Honecker, J. Richter
- Magnetism of Finite Graphene Samples: Mean-Field Theory compared with Exact Diagonatization and Quantum Monte Carlo Simulations, Phys. Rev. B81 (2010) 115416
H. Feldner, Z.Y. Meng, A. Honecker, D. Cabra, S. Wessel, F.F Assaad
- Dynamical Signatures of Edge-State Magnetism on Graphene Nanoribbons, Phys. Rev. Lett. 106 (2011) 226401
H. Feldner, Z.Y. Meng, T.C. Lang, RF Assaad, S. Wessel, A. Honecker
- Magnetic Exchange Interactions in BaMn2As2: A Case Study of the J1-J2-Jc Heisenberg Model, Phys. Rev. B84 (2011) 094445
D.c. Johnston, R.J. McQueeney, B. Lake, A. Honecker, M.E. Zhitomirsky, R. Nath, Y. Furukawa, V.R Antropov, Y. Singh
- Magnetocaloric Effect and Magnetic Cooling near a Field-Induced Quantum-Critical Point, PNAS 108 (2011) 6862-6866
B. Wolf, Y. Tsui, D. Jaiswal-Nagar, U. Tutsch, A. Honecker, K. Removic-Langer, G. Hofmann, A. Prokofiev, W. Assmus, G. Donath, M. Lang
- Multi-Step Approach to Microscopic Models for Frustrated Quantum Magnets: The Case of the Natural Mineral Azurite, Phys. Rev. Lett. 106 (2011) 217201
H. Jeschke, I. Opahle, H. Kandpal, R. Valenti, H. Das, T. Saha-Dasgupta, O. Janson, H. Rosner, A. Brühl. B. Wolf, M. Lang, J. Richter, S. Hu, X. Wang, R. Peters, T. Pruschke, A. Honecker
- Flat-Band Ferromagnetism as a Pauli-Correlated Percolation Problem, Phys. Rev. Lett. 109 (2012) 096404
M. Maksymenko, A. Honecker, R. Moessner, J. Richter, O. Derzhko
(Siehe online unter https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.109.096404)
