(Quanten-)Kritische Dynamik in magnetoelektrischen Multiferroika

• Antragsteller: Professor Dr. Joachim Hemberger
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 233992164

In diesem Projekt sollen die dynamischen magnetoelektrischen Eigenschaften multiferroischer Übergangsmetall-Oxide mittels breitbandiger dielektrischer Spektroskopie untersucht werden. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Dynamik in der Nähe eines kritischen Endpunktes, welche bei tiefen Temperaturen durch Quantenfluktuationen bestimmt wird. In der betrachteten Materialklasse sind komplexe Magnetische Ordnungszustände mit dem Auftreten elektrischer Polarisation oder zumindest Polarisierbarkeit verknüpft. Daher lässt sich ein äußeres Magnetfeld als Grundzustands-Kontrollparameter verwenden, während die gekoppelten magnetoelektrischen Anregungen im elektrischen Feld spektroskopiert werden können. Hierzu steht eine in den letzten Jahren entwickelte Apparatur zur Messung der komplexen Permittivität im Frequenzbereich von 1 mHz bis 10 GHz in externen magnetischen Feldern bis 15 T und für Temperaturen bis hinunter zu 25 mK zur Verfügung. Die dabei erreichte experimentelle Empfindlichkeit ermöglicht das Studium Dynamischer Prozesse wie sie in diesem Temperatur bzw. Energie-Bereich (1 GHz ~ 50 mK ~ 4 Mikro-eV) und in dieser Frequenzbreite mit anderen Methoden nicht untersucht werden können. Die zu untersuchende Materialbasis erstreckt sich von der Multiferroischen Quanten-Spinkette LiCuVO4 über das ferrimagnetische, magnetoelektrische System Cu2OSeO3 bis hin zum Spin-Eis Dy2Ti2O7, für welches eine Kopplung der magnetischen Monopolanregungen an elektrische Dipolmomente postuliert wurde. Die in diesem Projekt geplante besondere Kombination von experimenteller Methodik und Materialklasse kann einzigartige Möglichkeiten zum Verständnis der bisher wenig untersuchten Dynamischen Aspekte in der Nähe von Quanten-Phasen-Übergängen ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen