Quantenspinflüssigkeiten im Dreiecksgitter: breitbandige ESR-Untersuchungen bei sehr tiefen Temperaturen

• Antragsteller: Professor Dr. Martin Dressel; Dr. Marc Scheffler
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 505214378

Wenn geometrische Frustration, Unordnung und Quantenverschränkung die langreichweitige Ordnung stark austauschgekoppelter lokalisierter Spins verhindern, kann ein neuartiger Materiezustand entstehen. Einige organische Ladungstransfersalze gelten seit langem als die beste realisierbare Annäherung an diesen schwer fassbaren Zustand einer Quantenspinflüssigkeit. Ihre Grundzustandseigenschaften bleiben aber weiterhin rätselhaft, so dass neue, auf diese spezielle Fragestellung ausgerichtete experimentelle Methoden notwendig sind. Elektronenspinresonanz (ESR) ist ein direkter experimenteller Zugang zu den relevanten Spins, misst deren niederenergetische Dynamik und kann auf die entscheidenden Energieskalen angepasst werden. Wir schlagen deshalb ESR-Untersuchungen in einem breiten Frequenz- und Magnetfeldbereich und bis hinunter zu sehr niedrigen Temperaturen vor, um die drängendsten Fragen im Kontext organischer Quantenspinflüssigkeits-Kandidaten zu beantworten.Dieses Projekt dient der Erforschung und dem Verständnis von Quantenspinflüssigkeits-Kandidaten auf einem Dreiecksgitter, ihrer Grundzustände, Anregungsspektren und magnetischer Phasendiagramme sowie der jeweiligen Abhängigkeiten von effektiven Korrelationen und dem Grad der Frustration. Das Projekt konzentriert sich auf organische Quantenspinflüssigkeiten, die aus molekularen Dimeren der Ladungstransfersalze aufgebaut sind. Durch die Nutzung und weitere Verbesserung der von uns kürzlich entwickelten Tiefsttemperatur-Breitbandtechniken der ESR sondieren wir direkt die magnetischen Eigenschaften der Elektronenspins in einem noch nie erreichten, extrem breiten Parameterbereich (T > 20 mK, B < 8 T, 0,5 GHz < f < 90 GHz). Umfangreiche temperatur-, feld- und winkelabhängige Experimente ermöglichen es uns, die verschie-denen Beiträge zum ESR-Signal herauszuarbeiten. Wir können die mögliche Existenz einer Spinlücke im Anregungsspektrum oder die Ausbildung von valence bond solids nachweisen. Durch die detaillierte Charakterisierung dieser derzeit noch kontroversen Aspekte ebnen wir den Weg für die Entwicklung einer theoretischen Beschreibung von Quantenspinflüssigkeiten auf realen Dreiecksgittern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen