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Arbeitsgruppe Prof. Lorenz

Herstellung und Untersuchung hochkorrelierter Übergangsmetalloxide

Probenpräparation und Charakterisierung

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.

 

Thermodynamik (Magnetismus, Wärmekapazität, Längenausdehnung)

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.

 

Transport (z.B. elektrischer Widerstand, Wärmeleitfähigkeit)

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 Transporteigenschaften von sog. Spin-Eis, ein magnetisches Analogon von Wasser-Eis [5,6], sowie dem Studium von Spinzustandsänderungen und deren Einfluss auf magnetische, strukturelle und elektrische Eigenschaften [7,8,9]. Weitere Literatur zu diesem Bereich finden Sie hier.

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) http://dx.doi.org/10.1063/1.3554314

[2] M. Valldor, O. Heyer, A. C. Komarek, A. Senyshyn, M. Braden and T. Lorenz. Magnetostrictive Neel ordering of the spin-5/2 ladder compound BaMn2O3: Distortion-induced lifting of geometrical frustration Phys. Rev. B 83, 024418 (2011)

[3] J. Rohrkamp, M.D. Phillips, M.M. Turnbull and T. Lorenz. Thermal expansion of the spin-1/2 Heisenberg-chain compound Cu(C4H4N2)(NO3)2 JPCS 200, 012169, (2010)

[4] T. Lorenz, O. Heyer, M. Garst, F. Anfuso, A. Rosch, Ch. Rüegg and K. Krämer. Diverging thermal expansion of the spin-ladder system (C5H12N)2CuBr4 Phys. Rev. Lett. 100, 067208, (2008)

[5] see e.g.: C. Castelnovo, R. Moessner and S. L. Sondhi Magnetic monopoles in spin ice Nature 451, 42 (2008)

[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] N. Hollmann, M. W. Haverkort, M. Benomar, M. Cwik, M. Braden and T. Lorenz. Evidence for a temperature-induced spin-state transition of Co3+ in La2-xSrxCoO4 Phys. Rev. B, 83, 174435 (2011)

[8] A. V. Kalinov, O. Yu. Gorbenko, A. N. Taldenkov, J. Rohrkamp, O. Heyer, S. Jodlauk, N. A. Babushkina, L. M. Fisher, A. R. Kaul, A. A. Kamenev, T. G. Kuzmova, D. I. Khomskii, K. I. Kugel and T. Lorenz. Phase diagram and isotope effect in (Pr1−yEuy)0.7Ca0.3CoO3 cobaltites exhibiting spin-state transitions Phys. Rev. B 81, 134427 (2010)

[9] M. Kriener, M. Braden, H. Kierspel, D. Senff, O. Zabara, C. Zobel and T. Lorenz. Magnetic and structural transitions in La1−xAxCoO3 (A=Ca, Sr, and Ba) Phys. Rev. B 79, 224104 (2009)