Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit komplexen Übergangsmetallverbindungen mit nur teilweise gefüllten inneren d- oder f-Schalen. Solche Materialien zeigen eine Vielzahl außergewöhnlicher und faszinierender Phänomene, wie zum Beispiel Hochtemperatur-Supraleitung, kolossalen Magnetwiderstand, multiferroische Ordnung, niedrigdimensionalen Qunatenmagnetismus oder Quantenphasenübergänge. Die Ursachen dieser Effekte liegen in elektronischen Vielteilchen-Effekten, die zu Fluktuationen und/oder Ordnungsphänomenen der Spin-, Ladungs-, Gitter- und orbitalen Freiheitsgrade führen. Das Verständnis des Wechselspiels dieser Freiheitsgrade ist von grundlegender Bedeutung und geht weit über rein materialspezifische Fragestellungen hinaus. Die systematische Suche nach neuen Phänomenen und geeigneten Modellsubstanzen zur Entschlüsselung der mikroskopischen Ursachen sind von fundamentalem Interesse für die moderne Festkörperphysik.

Unser Methodenspektrum vor Ort reicht von der Einkristallzucht und Charakterisierung über Messungen verschiedener thermodynamischer und magnetischer Eigenschaften bis hin zu Untersuchungen der elektrischen und thermischen Transporteigenschaften. Je nach konkreter Fragestellung können diese Untersuchungen über einen weiten Temperaturbereich von ca. 20 mK bis 1000 K und in externen Magnetfeldern bis 17 Tesla durchgeführt werden.

Ein Schwerpunkt unserer aktuellen Forschungsarbeiten betrifft das Studium von niedrigdimensionalen Spinsystemen, wobei zum einen magnetfeldinduzierte Quantenphasenübergänge und zum anderen der Einfluss magnetischer Frustration im Mittelpunkt des Interesses stehen [1-4]. Weitere Schwerpunkte liegen in der Untersuchung der thermischen und elektrischen Transporteigenschaften [5, 6, 7] sowie dem Studium von  magnetischen, strukturellen und/oder (ferro-)elektrischen Ordnungsphänomen [7,8,9]. Weitere Literatur zu diesen Bereichen finden Sie hier.

Bachelor- oder Masterarbeit

In allen oben genannten Bereichen können einzelne Themenbereiche in Form von Bachelor- oder Masterarbeiten bearbeitet werden. Je nach Neigung kann der Schwerpunkt mehr auf technische Aspekte (z.B. Aufbauarbeiten neuer Apparaturen) oder mehr in Richtung der theoretischen Analyse und Interpretation der experimentellen Daten gewählt werden. Sollten Sie Interesse an unseren Forschungsarbeiten haben, können wir gerne einen Termin für ein persönliches Gespräch vereinbaren. Thomas Lorenz

[1] see e.g.: S. Sachdev and B. Keimer. Quantum criticality Phys. Today 64, 29 (2011)

[2] Zhe Wang, T. Lorenz, D.I. Gorbunov, P.T. Cong, Y. Kohama, S. Niesen, O. Breunig, J. Engelmayer, A. Herman, Jianda Wu, K. Kindo, J. Wosnitza, S. Zherlitsyn, A. Loidl; Quantum Criticality of an Ising-like Spin-1/2 Antiferromagnetic Chain in a Transverse Magnetic Field; Phys. Rev. Lett., 120, 207205, 2018

[3] Oliver Breunig, Markus Garst, Andreas Klümper, Jens Rohrkamp, Mark M. Turnbull, Thomas Lorenz; Quantum criticality in the spin-1/2 Heisenberg chain system copper pyrazine dinitrate; Sci Adv, 3, eaao3773, 2017

[4] O. Breunig, M. Garst, E. Sela, B. Buldmann, P. Becker, L. Bohaty, R. Müller, T. Lorenz; The spin-1/2 XXZ chain system Cs₂CoCl₄ in a transverse magnetic field; Phys. Rev. Lett., 111, 187202, 2013

[5] T. Lorenz; Spin-ice materials and magnetic monopoles; Lecture notes of the 48th IFF Juelich Spring School 2017

[6] G. Kolland, O. Breunig, M. Valldor, M. Hiertz, J. Frielingsdorf and T. Lorenz. Thermal conductivity and specific heat of the spin-ice compound Dy₂Ti₂O₇: Experimental evidence for monopole heat transport Phys. Rev. B 86, 060402(R) (2012)

[7] Johannes Engelmayer, Xiao Lin, Christoph P. Grams, Raphael German, Tobias Fröhlich, Joachim Hemberger, Kamran Behnia, Thomas Lorenz; Charge transport in oxygen-deficient EuTiO₃: The emerging picture of dilute metallicity in quantum-paraelectric perovskite oxides; Phys. Rev. Materials, 3, 051401(R), 2019,

[8] S. Kunkemöller, D. Brüning, A. Stunault, A.A. Nugroho, T. Lorenz, M. Braden; Magnetic shape-memory effect in SrRuO₃; Phys. Rev. B, 96, 220406(R), 2017

[9] Carl Rischau, Xiao Lin, Christoph Grams, Dennis Finck, Steffen Harms, Johannes Engelmayer, Thomas Lorenz, Yann Gallais, Benoit Fauqué, Joachim Hemberger, Kamran Behnia; A ferroelectric quantum phase transition inside the superconducting dome of Sr_1-xCa_xTiO_3-δ; Nature Physics, 13, 643, 2017