Spindynamik in Kondogittern bei niedrigen Temperaturen und Frequenzen

• Antragsteller: Dr. Marc Scheffler; Dr. Jörg Sichelschmidt
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 225713324

Kondogitter (Gitter lokaler magnetischer Momente, die mit Leitungselektronen wechselwirken) sind Modellsysteme starker elektronischer Korrelationen in Festkörpern. Die Dynamik lokaler Spins kann prinzipiell mit Elektronenspinresonanz (ESR) untersucht werden. Dies wird allerdings nicht für Kondogitter bei tiefen Temperaturen erwartet, denn dort sind die lokalen Momente durch die Leitungselektronen abgeschirmt. Im Schwere-Fermionen-Material YbRh2Si2 zeigt sich hingegen bei tiefen Temperaturen eine ausgeprägte ESR, die zwar als Resonanz der metallischen Schweren Fermionen gedeutet wird, aber eindeutig von den lokalen Momenten des Kondogitters geprägt ist. Ein Verständnis dieser ESR betrifft die grundlegende Spindynamik von Kondogittern, wobei im Falle von YbRh2Si2 Quantenkritikalität eine entscheidende Rolle spielt.Wir wollen mittels ESR-Messungen bei sehr tiefen Temperaturen die quantenkritische Spindynamik in YbRh2Si2 untersuchen. Damit wird erstmals eine direkte Methode zur Untersuchung der Spindynamik von Kondogittern in der Nähe des quantenkritischen Punktes angewandt. YbRh2Si2 ist ein etabliertes Modellmaterial für Quantenkritikalität, aus dessen Phasendiagramm folgt, dass unsere Experimente bei Temperaturen unterhalb von 100 mK und bei Magnetfeldern im Bereich des kleinen, quantenkritischen Feldes von 70 mT durchgeführt werden müssen. Hier setzen wir verschiedene supraleitende planare Resonatoren ein, die wir bei Frequenzen zwischen 1 GHz und 15 GHz betreiben und die einfach in einen Entmischungskryostaten zu implementieren sind (bei Temperaturen bis hinab zu ca. 30 mK). Diese von uns entwickelten Messmethoden erschließen neue Parameterbereiche für ESR und sind weit über das hier zu untersuchende Beispielmaterial YbRh2Si2 hinaus für die Untersuchung von Spindynamik bei sehr niedrigen Energien von Interesse. Für das Verständnis der ESR bei sehr tiefen Temperaturen allgemein sowie speziell für den Fall von YbRh2Si2 in der Nähe des quantenkritischen Punktes müssen wir neue theoretische Ansätze verfolgen und mit bereits bestehenden Erklärungsmodellen zur ESR in Kondogittern vergleichen. Außerdem werden wir den Zusammenhang zwischen den relevanten Energieskalen von ESR (Linienbreite) und anderen Messmethoden (z.B. spezifische Wärme) untersuchen. Auf der Basis der nun möglichen ESR-Messungen im quantenkritischen Regime von YbRh2Si2 wollen wir dadurch zu einem umfassenderen Verständnis der Quantenkritikalität von Schwere-Fermionen-Systemen gelangen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen