Elektronenkorrelation und Spin-Bahn-Kopplung in 4d und 5d Übergansmetalloxide

Projekt: Forschungsförderung

Projektdetails

Abstract

Seit den letzten Jahren gibt es ein vermehrtes Interesse an den 4d und 5d Übergangsmetalloxiden (Transition Metal Oxides, TMOs), in denen exotische Zustände, die aus einem subtilen Zusammenspiel zwischen elektronischer Korrelation und relativistischer Spin-Bahn-Wechselwirkung resultieren, entstehen können. Es ist zu erwarten, dass 4d und 5d Oxide aufgrund ihrer ausgedehnten Beschaffenheit stärker metallisch und weniger magnetisch sind als ihre 3d Gegenstücke. Im Gegensatz zu diesem erwarten Verhalten wurde kürzlich ein anormales Halbleiterverhalten bei 4d und 5d TMOs, wie zum Beispiel bei Ca2RuO4 und Sr2IrO4, berichtet. Da dieses Forschungsfeld noch in den Kinderschuhen steckt, wirft es mehrere grundlegende Fragen bezüglich des komplizierten Gleichgewichts zwischen dem Hubbard's U, dem Hund's J, der Bandbreite (W), der Spin-Bahn-Wechselwirkung (Spin Orbital Interaction, SOI) und der Aufspaltung des Kristallfeldes (Crystal Field, CF) auf. Um unser noch dürftiges Verständnis dieser Phänomene zu verbessern, ist es wesentlich, die Größe der dominanten effektiven Wechselwirkungen zu bestimmen. Des Weiteren müssen die Besonderheiten und die konkurrierenden Eigenschaften dieser Phänomene für die 3d-4d-5d Reihe der TMOs geklärt werden. Unser Vorhaben ist es, dieses unbekannte Terrain, das zwar oft das konventionelle Verständnis herausfordert, doch reich an neuen physikalischen Phänomenen ist, zu untersuchen. Dies sollte durch die Kombination von experimentellen, computerorientierten und theoretischen Methoden erfolgen. Zu diesem Zweck organisieren wir ein Netzwerk aus Gruppen, die führend auf ihren jeweiligen Gebieten sind und mit den fortschrittlichsten experimentellen Anlagen und theoretischen Methoden ausgestattet sind. Der Beitrag der indischen Gruppe besteht zum Beispiel in der Anwendung vielfältiger spektroskopischer Techniken, deren experimentelle Ergebnisse auf der Anwendung von Methoden, die auf Vielteilchen-Hamilton-Operatoren basieren, analysiert werden. Die Kernkompetenz der österreichischen Gruppe gründet auf der Entwicklung und Anwendung moderner ab initio Programme: Diese Programme beinhalten Methoden, die auf Dichtefunktionaltheorie-Methoden beruhen, auf Hartree-Fock-Methoden sowie Techniken, die auf Greens-Funktionen basieren. Die neueste Entwicklung beinhalten quantenchemische Methoden basierend auf Wellenfunktionen. Das Forschungsziel kann in zwei eng miteinander verflochtene Bereiche unterteilt werden: (i) Eine detaillierte qualitative und quantitative Beschreibung der Trends der effektiven Wechselwirkungen (U, J, W, SOI, CF) für die 3d bis 5d Reihe der TMOs, dies bestimmt die Grenze zwischen dem Regime von lokalisierten und freibeweglichen Elektronen und dem Schnittpunkt zwischen Mott-, Slater-, und Hund-artigem Verhalten. (ii) Eine experimentelle und theoretische Zusammenarbeit, mit der indischen Gruppe, die sich der Aufklärung der Phänomenologie der 4d und 5d TMOs widmet. Von besonderem Interesse sind Phasenübergänge z. b. Leiter/Halbleiter-, Ordnungs/Unordnungs- und magnetische Übergänge und Effekte verursacht durch Doping.
StatusAbgeschlossen
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/04/1431/03/18