Suche nach einer Quanten-Spinflüssigkeit im Kitaev Honigwabengittersystem alpha-RuCl3

• Antragsteller: Seung-Ho Baek, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 391462523

Das Hauptziel dieses Antrages ist die gezielte Suche mittels der Methode der nuklearen magnetischen Resonanz (NMR) nach einer Kitaev Quanten-Spinflüssigkeit (QSL) und nach relevanten neuen Anregungen derer Quasiteilchen, welche durch die Fraktionalisierung der Spins entstehen. Für diesen Zweck wird alpha-RuCl3 als Modellsystem für die Realisierung einer solchen Kitaev QSL nähergehend untersucht. Da sich der Grundzustand von alpha-RuCl3 in unmittelbarer Nähe einer Quanten-Spinflüssigkeit befindet, sollte dieses Modellsystem sehr sensitiv auf Veränderungen der Größe und des Vorzeichens der magnetischen Kopplungen im Kitaev Hamiltonian reagieren. Somit kann eine Feinabstimmung des Grundzustandes von alpha-RuCl3 durch gezielte Änderung der magnetischen Kopplungsparameter im Hamiltonian auf verschieden Wegen realisiert werden: (1) durch das Anlegen eines hohen Magnetfeldes, (2) durch eine magnetische Verdünnung des Honigwabengitters mittels Dotierung nichtmagnetischer Ionen wie z.B. Ir3+ (S=0), (3) durch das Ersetzen von Ru mittels paramagnetischer Störstellen wie z.B. Cr3+ (S=3/2), (4) durch das Ausüben chemischen Druckes mittels Substitution von Cl durch andere Halogene mit größerem Radius (Br und I), und (5) durch Interkalation von Alkalielementen (Na oder K) zwischen den Schichten, um Ladungsträger einzubauen und somit neuartige metallische Phasen zu generieren.Jeder dieser verschiedenen Ansätze bringt seine eigenen Vorzüge sowie ein anderes Potential mit sich, wodurch die verschiedenen Informationen nicht nur allein sondern auch als Gesamtheit wertvolle Informationen zum ultimativen Verständnis der durch das Kitaev Modell beschriebenen physikalischen Phänomene bereitstellen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen