Physical Property Measurement System (PPMS)
Final Report Abstract
Das beschaffte Großgerät wird für physikalische Charakterisierungsmessungen im Rahmen der Materialentwicklung stark korrelierter Elektronensysteme der Arbeitsgruppe Krellner am Physikalischen Institut der Goethe Universität verwendet. Das PPMS ermöglicht den Zugang zu einem großen Temperaturbereich von 1.8 bis 400 K und ist mit einem supraleitenden 9T-Magneten ausgestattet. Mit diesem Gerät ist ein extrem großer Probendurchsatz möglich, sowie eine Vielzahl von Messmethoden zugänglich. Folgende Messoptionen wurden installiert: elektrischer Transport mit einem Rotator, spezifische Wärme, Vibrationsmagnetometer (VSM), Torquemagnetometer. Das PPMS kam in den vergangenen 3 Jahren in der Arbeitsgruppe Krellner bei folgenden wissenschaftlichen Projekten zum Einsatz: (1) Cu-basierte Quanten-Spin-Systeme: Innerhalb des SFB/TR49 liegt der Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Krellner auf Cu-basierten Quanten-Spin- Systemen. In der zweiten und dritten Förderperiode des SFB/TR49 wurden dabei vor allem die Dotierungsreihen Cs2Cu(Cl,Br)4, (Ba,Sr)CuSi2O6 und (Zn,Ga)Cu3(OH)6Cl2 hergestellt und untersucht. Für diese Materialien kam dabei hauptsächlich das VSM und die spezifische Wärme Option zum Einsatz um die magnetischen Eigenschaften zu charakterisieren. (2) Schwere-Fermion Systeme: Stöchiometrische Yb-basierte Schwere-Fermion Systeme, die direkt an einem quantenkritischen Punkt liegen, sind Modellmaterialien, um die Vielteilchen-Wechselwirkungen an einem quantenkritischen Punkt zu untersuchen. In den vergangenen 3 Jahren wurde das PPMS verwendet, um Einkristalle der Verbindungen YbRh2Si2 und YbNi4P2 zu charakterisieren. Dabei kam vor allem die Widerstandsoption zum Einsatz, da die Qualität der Kristalle durch einen möglichst kleinen Restwiderstand bei tiefen Temperaturen sichtbar ist. Außerdem sind im elektrischen Widerstand Verunreinigungen erkennbar, die durch das bei der Herstellung verwendete Flussmittel verursacht werden. Weiterhin wurde im Temperaturbereich bis 1.8 K die Widerstandsanisotropie bestimmt. Die vorcharakterisierten Kristalle waren dann Ausgangspunkt für viele weiterführende Messungen bei tiefen Temperaturen. (3) Eisen-Pniktid-Supraleiter: Schwerpunkt der Arbeitsgruppe Krellner liegt auf den LnFeAsO Supraleitern, da es trotz weltweit intensiver Bemühungen bislang nicht gelungen ist, hochwertige große Einkristalle herzustellen. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Hochtemperatursupraleitung in Eisenpniktiden“ (SPP 1458) konnten supraleitende NdFeAs(OF) Einkristalle hergestellt werden. Widerstands- und magnetische Messungen mit dem PPMS haben an diesen Kristallen supraleitende Übergangstemperaturen von über 50 K bestätigt. Damit gehören diese Kristalle zu den größten mit diesen hohen Übergangstemperaturen und können nun weiter untersucht werden. 4) LnRh2Si2: Ein weiterer Forschungsschwerpunkt liegt auf den magnetischen Eigenschaften der LnRh2Si2 Serie mit Ln = Gd, Ho. Diese Materialien sind durch den lokalen 4f-Magnetismus bestimmt. An Einkristallen wurde mit Hilfe des PPMS der magnetische Grundzustand bestimmt. Diese Proben waren weiterhin Ausgangspunkt für umfangreiche Messungen mit winkelaufgelöster Photoelektronen-Spektroskopie, da der Einfluss des lokalen magnetischen Momentes auf die Oberflächenzustände der Leitungselektronen bemerkenswert ist.
Publications
- Avoided ferromagnetic quantum critical point in CeRuPO, Phys. Rev. B 91, 035130 (2015)
E. Lengyel, M. E. Macovei, A. Jesche, C. Krellner, C. Geibel, and M. Nicklas
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.035130) - Nodeless superconductivity in the presence of spindensity wave in pnictide superconductors: The case of BaFe2−xNixAs2, Phys. Rev. B 91, 024510 (2015)
M. Abdel-Hafiez, Y. Zhang, Z. He, J. Zhao, C. Bergmann, C. Krellner, C.-G. Duan, X. Lu, H. Luo, P. Dai, and X.-J. Chen
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.91.024510) - Single crystal growth and characterization of GdRh2Si2, J. Cryst. Growth 419, 37 (2015)
K. Kliemt and C. Krellner
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2015.02.079) - 4f excitations in Ce Kondo lattices studied by resonant inelastic x-ray scattering, Phys. Rev. B 93, 165134 (2016)
A. Amorese, G. Dellea, M. Fanciulli, S. Seiro, C. Geibel, C. Krellner, I.P. Makarova, L. Braicovich, G. Ghiringhelli, D. V. Vyalikh, N. B. Brookes, and K. Kummer
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.165134) - Avoided ferromagnetic quantum critical point: Antiferromagnetic ground state in substituted CeFePO, Phys. Status Solidi B 1–6 (2016)
A. Jesche, T. Ballé, K. Kliemt, C. Geibel, M. Brando, and C. Krellner
(See online at https://doi.org/10.1002/pssb.201600169) - Crystal growth by Bridgman and Czochralski method of the ferromagnetic quantum critical material YbNi4P2, J. Cryst. Growth 449, 129 (2016)
K. Kliemt, C. Krellner
(See online at https://doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2016.05.042) - Emergence of superconductivity in the canonical heavy-electron metal YbRh2Si2, Science 351, 6272 (2016)
E. Schuberth, M. Tippmann, L. Steinke, S. Lausberg, A. Steppke, M. Brando, C. Krellner, C. Geibel, R. Yu, Q. Si, and F. Steglich
(See online at https://doi.org/10.1126/science.aaa9733) - Impurity scattering effects on the superconducting properties and the tetragonal-toorthorhombic phase transition in FeSe, Phys. Rev. B 93, 224508 (2016)
M. Abdel-Hafiez, Y. J. Pu, J. Brisbois, B. Pan, R. Peng, D. L. Feng, D. A. Chareev, A. V. Silhanek, C. Krellner, A. N. Vasiliev, and X.-J. Chen
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.224508) - Robust and tunable itinerant ferromagnetism at the silicon surface of the antiferromagnet GdRh2Si2, Sci. Rep. 6, 24254 (2016)
M. Güttler, A. Generalov, M. M. Otrokov, K. Kummer, K. Kliemt, A. Fedorov, A. Chikina, S. Danzenbächer, S. Schulz, E. V. Chulkov, Yu. M. Koroteev, N. Caroca- Canales, M. Shi, M. Radovic, C. Geibel, C. Laubschat, P. Dudin, T. K. Kim, M. Hoesch, C. Krellner, and D. V. Vyalikh
(See online at https://doi.org/10.1038/srep24254) - Stabilization of the tetragonal structure in (Ba1−xSrx)CuSi2O6, Phys. Rev. B 93, 174121 (2016)
P. Puphal, D. Sheptyakov, N. v. Well, L. Postulka, I. Heinmaa, F. Ritter, W. Assmus, B. Wolf, M. Lang, H. O. Jeschke, R. Valentí, R. Stern, C. Rüegg, and C. Krellner
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.174121)
