Kristallzüchtung und Magnetismus von neuartigen niedrigdimensionalen Van-der-Waals-Materialien

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd Büchner; Dr. Vladislav Kataev
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447482487

Magnetische Van-der-Waals (vdW) Verbindungen haben sich aufgrund einer sehr schwachen vdW-Zwischenschichtkopplung als ideale Plattform für die Realisierung zweidimensionaler (2D) -Spinnetzwerke herausgestellt und haben als solche sowohl in der Grundlagenforschung des 2D-Magnetismus als auch in Bezug auf Anwendungen in der nächsten Generation von spin-elektronischen Bauelementen große Beachtung gefunden. In diesen Systemen werden neue faszinierende magnetische Eigenschaften vorhergesagt, wie zum Beispiel ungewöhnliche Arten magnetischer Ordnung, exotische Spinflüssigkeitsphasen und unkonventionelle magnetische Anregungen. Die Flexibilität der chemischen Zusammensetzung und die Strukturvariabilität bieten die Möglichkeit, die magnetischen Parameter dieser Verbindungen in einem weiten Bereich kontrolliert abzustimmen und somit die theoretisch vorhergesagten Phasen mit den gewünschten Eigenschaften experimentell zu realisieren. In unserem Projekt planen wir, qualitativ hochwertige Einkristalle von neuen geschichteten magnetischen vdW-Materialien zu züchten und ihre statischen und dynamischen magnetischen Eigenschaften mittels Sub-THz-Hochfeld-ESR-Spektroskopie (HF-ESR) und komplementärer statischer Magnetometrie-Methoden zu untersuchen. Wir werden mit der explorativen Synthese neuer einkristalliner Materialien auf verschiedenen Synthesewegen beginnen, die gezüchteten Kristalle umfassend analytisch charakterisieren und ihre statischen magnetischen Eigenschaften mit dem Ziel, die Größe des magnetischen Moments, die Ordnungstemperatur und die Art der Ordnung zu bestimmen, untersuchen. Dies sollte ein Feedback zur Optimierung der Materialsynthese geben und Input für spektroskopische HF-ESR-Untersuchungen liefern. Die ESR-Spektroskopie ist sehr sensitiv auf die 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 der synthetisierten neuen vdW-Verbindungen. Wir werden die Vorteile der am IFW Dresden aufgebauten ESR-Instrumentierung 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-Moden werden eine genaue Bestimmung der magnetischen Anisotropien, der Spinstrukuren im Grundzustand sowie der Parameter der niederenergetischen Spindynamiken erlauben. Ein wichtiger Aspekt des Projekts werden Experimente an exfolierten Proben sein, um die Abhängigkeit der magnetischen Eigenschaften von der Probendicke zu untersuchen. Die gewonnenen Informationen sollen es ermöglichen, die untersuchten Materialien den theoretisch vorgeschlagenen magnetischen Phasen zuzuordnen und zur Verifizierung theoretischer Modelle von 2D-vdW-Verbindungen signifikant beizutragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen