Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Göttinger Wissenschaftler entdecken neuen Quantenzustand in Metall mit magnetischer Frustration

21.03.2014

Quantenkritikalität einer Spinflüssigkeit

Ein deutsch-japanisches Forscherteam unter der Leitung der Universität Göttingen hat bei tiefen Temperaturen in einer speziellen Metallverbindung einen neuen Quantenzustand entdeckt.


Frustrierte Anordnung der magnetischen Momente auf den Ecken von verbundenen Tetraedern in der Pyrochlorstruktur von Praseodymiridiumoxid.

Foto: Universität Göttingen


Frustration bei antiparalleler Kopplung von magnetischen Momenten für ein gleichseitiges Dreieck.

Foto: Universität Göttingen

Als Folge der Heisenberg’schen Unschärferelation sind atomare Teilchen selbst am absoluten Nullpunkt stets in Bewegung, und diese Quantenfluktuationen können zu Transformationen zwischen unterschiedlichen Zuständen führen.

Das Verhalten in der Nähe solcher durch Quanteneffekte bewirkten Übergänge wird als Quantenkritikalität beschrieben. Eine neue Art von Quantenkritikalität entdeckten die Wissenschaftler nun bei hochempfindlichen Messungen der magnetischen Eigenschaften in einer kristallinen Verbindung von Praseodymiridiumoxid. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Materials erschienen.

Materialien, deren Eigenschaften durch Quanteneffekte bestimmt werden, zeigen oft überraschendes und neuartiges Verhalten, dessen besseres Verständnis von zentralem Interesse für Grundlagenforschung und technologische Anwendungen ist.

Die nun entdeckte Quantenkritikalität entsteht durch das Zusammenspiel atomarer magnetischer Momente der Praseodym-Atome und Iridium-Leitungselektronen. Diese Momente sind hier geometrisch so angeordnet, dass ihr Bestreben, sich parallel zu allen nächsten Nachbaratomen auszurichten, nicht gleichzeitig erfüllt werden kann – man spricht von einem geometrisch frustrierten Magneten.

Im Gegensatz zu einem nicht frustrierten Magneten kann dieser keine Ordnung ausbilden; die Momente bleiben in einem stark gekoppelten flüssigkeitsartigen Zustand. Solche Spinflüssigkeiten werden zurzeit intensiv studiert, da in ihnen besondere Anregungen vorliegen können, die sich wie magnetische Monopole verhalten.

Die nun veröffentlichten Ergebnisse zeigen erstmals quantenkritisches Verhalten einer solchen Spinflüssigkeit. Beim Abkühlen zu sehr tiefen Temperaturen frieren Richtungsänderungen der Momente nicht aus. Stattdessen bildet sich ein durch Quantenfluktuationen verursachter kritischer Zustand aus.

„Dies ist neu gegenüber allen bislang beobachteten Quantenspinflüssigkeiten und hängt vermutlich mit den in der speziellen Verbindung zusätzlich vorliegenden Iridium-Leitungselektronen und ihrer Streuung an den Praseodym-Atomen zusammen“, so der Experimentalphysiker Prof. Dr. Philipp Gegenwart, kürzlich von der Universität Göttingen an die Universität Augsburg gewechselt.

Das beobachtete Verhalten unterscheidet sich auch deutlich von allen bislang bekannten quantenkritischen Systemen und zeigt die besondere Bedeutung geometrischer Frustration für stark wechselwirkende Quantensysteme.

Originalveröffentlichung: Yoshi Tokiwa et al. Quantum criticality in a metallic spin liquid. Nature Materials 2014. Doi: 10.1038/nmat3900.

Kontaktadresse:
Prof. Dr. Philipp Gegenwart
Georg-August-Universität Göttingen
Fakultät für Physik
I. Physikalisches Institut
E-Mail: pgegenw@gwdg.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-goettingen.de/de/3240.html?cid=4738 Fotos
http://www.uni-goettingen.de/de/sh/39787.html I. Physikalisches Institut

Thomas Richter | Uni Göttingen

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Speicherdauer von Qubits für Quantencomputer weiter verbessert
09.12.2016 | Forschungszentrum Jülich

nachricht Elektronenautobahn im Kristall
09.12.2016 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie