Quantenkritisches Verhalten in hochkorrelierten Elektronensystemen (eBook)

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