FOR 960: Quantum Phase Transitions
Final Report Abstract
Die zentrale Fragestellung, inwieweit sich Quantenphasenübergänge (QPÜs) im Rahmen eines Ordnungsparameter-Szenarios beschreiben lassen, wurde in fast allen Projekten experimentell oder theoretisch behandelt, fokussiert lag auf die Untersuchung itineranter magnetischer Systeme, hier insbesondere Kondound Schwerfermion-Systeme mit 4f-Elektronen sowie Übergangsmetallverbindungen und -oxide. Die wichtigsten Ziele bzw. Fragestellungen waren (i) Experimentelle und theoretische Tests des Modells der lokalen Quantenkritikalität und des Kondo-Kollapses, (ii) Untersuchung von Quantenphasenübergängen in Ferromagneten, (iii) Bestimmung unterschiedlicher Universalitätsklassen, je nach Wahl des Kontrollparameters, (iv) Untersuchung des Einflusses geometrischer Frustration auf Quantenphasenübergänge, (v) Weiterentwicklung der Theorie von Quantenphasenübergängen, (vi) Verbreiterung der Materialbasis. Hierzu wurden in den Projekten der Forschergruppe u.a. folgende Ergebnisse erzielt: Projekt 1 und Projekt 2: Materialbasis: QPÜs in ferromagnetischen quantenkritischen Systemen sowie Systemen mit geometrischer Frustration. Für YbAgGe und Pr2Ir2O7 wurden QPÜs anhand von Skalenrelationen identifiziert. Direkte experimentelle Hinweise auf das theoretisch vorgeschlagene „globale Phasendiagramm“ in YbRh2Si2-Substitutionslegierungen. Unterschiedliche Universalitätsklasen für den Magnetfeld- und Konzentrations- (oder Druck-) getriebenen QPÜ in CeCu6-xAux. Änderung der Kondo-Temperatur TK(x) aus Photoemissionsmessungen in qualitativem Einklang mit dem Modell des Kondo-Kollapses. Projekt 3: Entwicklung einer Theorie elastischer QPÜs, bei denen elektronische Freiheitsgrade an Gitter- Freiheitsgrade koppeln. Dies ist für viele QPÜs wichtig, u.a. auch bei den eisenbasierten Supraleitern. Projekt 4: Hinweise auf einen QPÜ in der Heusler-Verbindung Fe2TiSn. Topologische Aspekte bei der Unterdrückung der helikalen magnetischen Ordnung durch hydrostatischen Druck in MnSi haben u.a. zur Entdeckung eines Skyrmionen-Gitters geführt. Untersuchung des Ferromagnet-Spindichtewelle-Übergangs in Nb1-yFe2+y. Entwicklung UHV-kompatibler Kristallzucht und Magnetisierungsmessungen im mK-Bereich. Projekt 5: Identifizierung verschiedener Ordnungszustände in LayCu3RuxTi4-xO12: antiferromagnetischer Mott- Isolator und Schwerfermion-Metall sowie zunehmende Delokalisierung von Cu-Momenten mit wachsendem x mittels Messungen der thermodynamischen und Transporteigenschaften sowie ESR und 63Cu-NMR. Projekt 6: Anwendung der funktionalen Renormierungsgruppe (fRG) auf Quantenspin-Modelle, Berechnung der Wellenvektor-abhängigen Spinsuszeptibilität, Zugang zur Untersuchung von Instabilitäten in Richtung geordneter Spinzustände und damit zur Darstellung von Phasendiagrammen für T = 0. Projekt 7: Klassischer Phasenübergang und QPÜ in dem itineranten Ferromagnet Sr1-xCaxRuO3: anomale xabhängige effektive kritische Exponenten, im Gegensatz zum Molekularfeld-Verhalten für x = 0. (T,Β)-Skalenverhalten der spezifischen Wärme und magnetischen Suszeptibilität am QPÜ mit xc = 0.7 mit ungewöhnlichem, sehr kleinen dynamischen Exponenten z = 1.76. Projekt 8: In diesem Projekt, das nur in der ersten Periode (2007 – 2010) gefördert wurde, standen die Untersuchungen von Nichtgleichgewichtseffekten in der Nähe von QPÜs im Mittelpunkt. Projekt 9: Entwicklung des Modells „kritischer Quasiteilchen“ mit energieabhängigem Quasiteilchen-Residuum Z (mit Z = 0 bei der Fermi-Energie), dadurch Potenzgesetz-Singularitäten einem QPÜ. Interpretation der Eigenschaften der unkonventionellen QPÜs in CeCu6-xAux und YbRh2Si2 in diesem Modell. Entdeckung einer neuartigen lokalen Form der Supraleitung in Schwerfermion-Metallen in Modellrechnungen.
