Quantenkritisches Verhalten in hochkorrelierten Elektronensystemen (PDF)

In dieser Arbeit wurden experimentelle Untersuchungen an drei
unterschiedlichen hochkorrelierten Elektronensystemen durchgeführt,
welche sich in der Nähe eines quantenkritischen Punktes (QKPes)
befinden. Das Verhalten dieser intermetallischen Verbindungen weicht
dabei deutlich von dem einer Landau-Fermi-Flüssigkeit (LFF) ab.
Die verwendeten Messmethoden zur Bestimmung der thermodynamischen
Mess- und Transportgrößen umfassten den Temperaturbereich zwischen
12 mK und 30 K und den Magnetfeldbereich zwischen 0 und 20 T.
Im ersten System YbFe2Ge2 wurde der Grundzustand mittels
spezifischer Wärmekapazität, Magnetisierung bis 60 T, thermischer
Ausdehnung und Magnetostriktion, elektrischem Widerstand und
Magnetwiderstand untersucht. Es handelt sich hierbei um ein
zwischenvalentes Yb-System. Das fluktuierende magnetische Moment der
Verbindung ist bei Raumtemperatur gegenüber der
Yb3+-Konfiguration stark erhöht. Die Ergebnisse der
spezifischen Wärmekapazität im Nullfeld, der Suszeptibilität sowie
der Magnetisierung wurden im Anschluss mit einem
Einzelionen-Kondo-Modell, dem Coqblin-Schrieffer-Modell, verglichen. Es konnte
eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den theoretischen
Vorhersagen und den experimentellen Daten nachgewiesen werden.
Abweichungen vom LFF-Verhalten trat in allen untersuchten Messgrößen auf.
Möglicherweise wird dieser Nicht-Fermi-Flüssigkeitszustand durch einen metamagnetischen
quantenkritischen Endpunkt (QKEP) hervorgerufen, der sich nicht in
unmittelbarer Nähe befindet. Im letzten Abschnitt des Kapitels
wurden die experimentellen Ergebnisse von YbFe2Ge2 mit einem anderen
Yb-System: der Dotierungsreihe YbCu5-xAlx verglichen.
Das zweite System Sr3Ru2O7 zeigt bei tiefen Temperaturen die
Eigenschaften eines itineranten, nahezu ferromagnetischen
Elektronensystems, in dem Metamagnetismus auftritt. Mit Hilfe von
dilatometrischen Messungen für Magnetfelder H
ll c in der Nähe des QKEPes bei 7.9 T und
im Temperaturbereich bis hinab zu 0.05 K wurde der Einfluss der
Quanten- und quantenkritischen Fluktuationen der
Elektronenpolarisation auf das Verhalten des thermischen
Ausdehnungskoeffizienten untersucht und mit dem Modell eines
metamagnetischen QKEPes verglichen. Es ergab sich eine sehr gute
Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment für
zweidimensionale, ferromagnetische Fluktuationen. In unmittelbarer
Nähe des QKEPes tritt im elektrischen Widerstand und in der
thermischen Ausdehnung sowie in der Magnetostriktion und im
Magnetwiderstand eine Feinstruktur auf. Zudem konnten durch die
Messung des Wechselfeldmagnetwiderstandes zwei Phasenübergänge
erster Ordnung nachgewiesen werden. Im Anschluss an die Messungen
wurden zwei mögliche Erklärungsmodelle (i) spinabhängige
Fermi-Flächen-Instabilität und (ii) mikroskopische
Phasenseparation diskutiert.
Mit YbRh2Si2 wurde ein Schwere-Fermionen-System untersucht,
welches sich in unmittelbarer Nähe eines antiferromagnetischen QKPes
mit symmetriebrechender Phase befindet. Die Dotierungsreihe Yb1-yLayRh2Si2
mit 0 < y ≤ 0.3 und die Verbindung YbIr2Si2 wurden gezüchtet, um
negativen chemischen Druck auf das System auszuüben und den
Phasenübergang in YbRh2Si2 zu unterdrücken. Die vorliegenden Messungen
des elektrischen Widerstandes im Nullfeld und bei angelegtem äußeren
Magnetfeld bzw. des Magnetwiderstandes bei tiefen Temperaturen
lieferten Aufschluss über den Grundzustand der einzelnen
Verbindungen.

Stichworte: hochkorreliertes Elektronensystem
Quantenkritischer Punkt
Intermetallische Verbindung
Landau-Fermi-Flüssigkeit
YbFe2Ge2
spezifischeWärmekapazität
Magnetisierung
Thermische Ausdehnung
Magnetostriktion
Elektrischer Widerstand
Magnetwiderstand
Fluktuierendes Moment
Suszeptibilität
Einzelionen-Kondo-Modell
Coqblin-Schrieffer-Modell
Nicht-Fermi-Flüssigkeitszustand
Metamagnetischer quantenkritischer Endpunkt
YbCu5-xAlx
Sr3Ru2O7
Itinerantes Elektronensystem
Metamagnetismus
Quantenkritische Fluktuationen
Ferromagnetische Fluktuationen
Wechselfeldmagnetwiderstand
Spinabhängige Fermi-Flächen-Instabilität
Mikroskopische Phasenseparation
Schwere-Fermionen-System
YbRh2Si2
YbIr2Si2
Yb1-yLayRh2Si2