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 Nanoinjektion steigert Überlebensrate von Zellen
22.02.2017 | Universität Bielefeld

nachricht Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung
21.02.2017 | Forschungszentrum Jülich

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften