Elektronen-Spin-Resonanz-Spektroskopie an komplexen Iridiumoxiden

• Antragsteller: Dr. Vladislav Kataev
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260000137

Hochfrequenz-Hochmagnetfeld-Elektronen-Spin-Resonanz-Spektroskopie (HF-ESR) soll genutzt werden, um statische und dynamische magnetische Eigenschaften von komplexen Iridiumoxiden systematisch zu studieren. Diese Materialklasse hat sich in letzter Zeit als eine neue Art von Quantenmagneten, sog. Spin-Orbit-Mott-Isolatoren, abgezeichnet und dabei weltweit sehr große Aufmerksamkeit in der Gemeinschaft der Festkörperphysik erregt. Man erwartet in 5d-Iridaten das Auftreten neuartiger quantenmagnetischer Phänomene, die auf eine sehr starke Spin-Bahn Kopplung (spin-orbit coupling - SOC) zurückzuführen sind. Bei den 3d-Kupraten und Manganaten ist die SOC hingegen schwach und spielt somit eine untergeordnete Rolle. Es wurde vorhergesagt, dass die durch die starke SOC getriebene Verschränkung der Spin- und Bahnmomenten zu neuen exotischen magnetischen Wechselwirkungen und zu diversen Grundzuständen in den Iridaten führen wird. Diese reichen von der antiferromagnetischen (AFM) Néel-Ordnung, über streifen- und zickzackartige AFM Spinstrukturen bis zu Spinflüssigkeitszuständen. Die ESR-Spektroskopie ist sehr empfindlich auf die mit der SOC verbundenen magnetischen Anisotropien, die in direkt messbaren Größen wie den Tensoren des g-Faktors und den Energielücken für ESR-Anregungen auftreten. Sie erweist sich daher als eine aufschlussreiche Methode für die Untersuchung magnetischer Phasen in Iridiumoxiden. Wir werden die Vorteile der ESR-Instrumentierung am IFW Dresden nutzen, die eine hochempfindliche Detektion von ESR-Signalen in einem sehr breiten Frequenzbereich von 0,01 bis 1 THz, in Magnetfeldern bis 16 T und bei Temperaturen bis zu 300 mK ermöglicht. Systematische Studien von Frequenz-, Magnetfeld- und Richtungsabhängigkeiten der ESR-Modi werden eine genaue Bestimmung der magnetischen Anisotropien, der Spinstrukuren im Grundzustand sowie der Parameter der niederenergetischen Spindynamiken erlauben. Die gewonnenen Informationen sollen es ermöglichen, die untersuchten Materialien den theoretisch vorgeschlagenen magnetischen Phasen zuzuordnen und zur Verifizierung theoretischer Modelle von Spin-Orbit-Mott-Isolatoren beizutragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen