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Investigation of Low Dimensional and Frustrated Spin-1/2 Magnets
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Dissertation
Investigation of Low Dimensional and Frustrated Spin-1/2 Magnets
2015
Overview
Die vorliegende Doktorarbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung der magnetischen Isolatoren Ca10Cr7O28 und (NO)[Cu(NO3)3]. Die magnetischen Eigenschaften basieren auf den Spin-1/2 3d Übergangsmetallen Cr5+ und Cu2+, welche ein ausgelöschtes Bahnmoment aufweisen, was magnetisch zu einem reinen Spinmoment führt. Der erste Teil dieser Arbeit handelt von dem zweidimensionalen und frustrierten Magnet Ca10Cr7O28. Die detaillierte Analyse der Kristallstruktur und der magnetischen Eigenschaften zeigen die Abwesenheit von langreichweitiger Ordnung bis zu den tiefsten erreichbaren Temperaturen und die Präsenz von langsamen Fluktuationen. Die magnetischen Anregungen sind diffus und auch bei tiefster Temperatur und im Nullfeld ohne Energielücke, was konsistent mit einem Spinflüssigkeits-Grundzustand ist. In der langreichweitig geordneten Phase unter externem Magnetfeld bilden die Anregungen jedoch definierte Spinwellen, woraus die Wechselwirkungsparameter durch Fitten der Spektra mit linearer Spinwellen-Theorie extrahiert werden konnten. Die resultierenden Wechselwirkungen ergeben eine neuartige, frustrierte Struktur basierend auf ferromagnetischen und antiferromagnetischen Doppeldreiecken, welche in einem zweidimensionalen Kagomegitter gekoppelt sind. (NO)[Cu(NO3)3] ist eine eindimensionale, antiferromagnetisch gekoppelte Spin- 1/2 Heisenberg-Kette mit frustrierten Wechselwirkungen zwischen den Ketten, was dem Nersesyan-Tsvelik Modell entspricht. Konkurrierende nächste und übernächste Nachbar-Wechselwirkungen zwischen den Ketten entkoppeln diese und verstärken die niedrige Dimensionalität. Dies wird bestätigt durch das ideale eindimensionale Verhalten, welches hinunter bis zu niedrigen Energien und Temperaturen beobachtet wurde. (NO)[Cu(NO3)3] entwickelt langreichweitige magnetische Ordnung mit einer inkommensurablen Struktur in Form einer Spindichtewelle bei einer stark reduzierten Néel-Temperatur, was mit dem Vorhandensein von Frustration zu erklären ist. Der Phasenübergang wird analysiert und das magnetische Anregungsspektrum wird mit aktuellen theoretischen Modellen für antiferromagnetische Spin-1/2 Heisenberg-Ketten verglichen. Zusammen zeigen diese beiden Materialien, wie Frustration und niedrige Dimensionalität zu komplexem magnetischen Verhalten, sowie zu unkonventionellen magnetischen Grundzuständen führen können.
Publisher
ProQuest Dissertations & Theses
Subject
ISBN
9781392438756, 1392438756
