Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronenstreuung

1979 wurde mit CeCu2Si2 erstmalig ein Schwere-Fermionen-Supraleiter entdeckt. Diese Verbindung, entdeckt von Steglich und Mitarbeitern, befindet sich nahe an einem quantenkritischen Punkt, an dem die magnetische Ordnung gerade unterdrückt wird. Der Abstand zu diesem Punkt kann sowohl durch Druck als auch durch Germaniumsubstitution auf dem Siliziumplatz variiert werden. Dabei treten neben der Supraleitung in CeCu2Si2 auch verschiedene magnetische Phasen bei höherem Germaniumgehalt auf. CeCu2Si2 ordnet magnetisch unterhalb von TN = 0.8 K in einer Spindichtewelle, während das Schwere-Fermionen-System CeCu2Ge2 unterhalb von TN = 4.1 K antiferromagnetisch ordnet. In dieser Arbeit wurde die Substitutionsreihe CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronendiffraktion untersucht. Ausgehend von Proben mit hohem Germaniumgehalt von x = 0.45, deren magnetische Struktur detailliert untersucht wurde, wurden schrittweise die Eigenschaften von Proben mit kleinerem x erschlossen, um schließlich die (bis dato unbekannte) magnetische Struktur in CeCu2Si2 aufzuklären. Weiterhin wurden Untersuchungen zumWechselspiel zwischenMagnetismus und Supraleitung durchgeführt. Hierzu wurde mit einem selbstentwickelten Aufbau dieWechselfeldsuszeptibilität simultan zu den Diffraktionsexperimenten aufgezeichnet. Durch die direkte Korrelation konnte nachgewiesen werden, dass in CeCu2Si2 keine mikroskopische Koexistenz von Supraleitung und magnetischer Ordnung vorliegt, sondern mikroskopische Phasenseparation. - Die Arbeit ist auch über den Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen mit der ISBN 978-3-86727-587-3 erhältlich.In 1979 the first heavy-fermion superconductor CeCu2Si2 was discovered by Steglich et al. The system is near a quantum critical point (QCP), where the magnetic order is just suppressed. The distance to the QCP can be variied with hydrostatic pressure as well as by germanium substitution on the silicon site. Next to the superconductivity in CeCu2Si2 one finds distinct magnetic phases while increasing the germanium content. CeCu2Si2 shows a magnetic order of a spin-density-type below TN = 0.8 K, whereas the heavy fermion system CeCu2Ge2 orders below TN = 4.1 K as an antiferromagnet. The focus of this thesis is on neutron-diffraction in the system CeCu2(Si1-xGex)2. Starting with a sample with a high germanium content of x = 0.45, the magnetic structures are investigated in detail. Following a step-by-step approach, samples with reduced x are investigated subsequently to figure out the properties of pure CeCu2Si2, which were not accessible before. Furthermore, the complex interaction between magnetism and superconductivity is investigated in detail. Using a specially designed setup, the ac-susceptibility could be recorded simultaneously during the neutron diffraction experiments. Due to the direct correlation between antiferromagnetic signals and diamagnetic features, the microscopic coexistence of superconductivity and magnetic order can be ruled out. Instead, a phase separation on the microscopic scale is found. - The thesis is also available from the publisher Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen under the ISBN 978-3-86727-587-3

In-plane magnetic field effect on the neutron spin resonance in optimally doped FeSe0.4_{0.4}Te0.6_{0.6} and BaFe1.9_{1.9}Ni0.1_{0.1}As2_{2} superconductors

We use inelastic neutron scattering to study the effect of an in-plane magnetic field on the magnetic resonance in optimally doped superconductors FeSe$_{0.4}$Te$_{0.6}$ ($T_c=14$ K) and BaFe$_{1.9}$Ni$_{0.1}$As$_{2}$ ($T_c=20$ K). While the magnetic field up to 14.5 Tesla does not change the energy of the resonance, it particially suppresses $T_c$ and the corresponding superconductivity-induced intensity gain of the mode. However, we find no direct evidence for the field-induced spin-1 Zeeman splitting of the resonance. Therefore, it is still unclear if the resonance is the long-sought singlet-triplet excitation directly coupled to the superconducting electron Cooper pairs.Comment: 5 pages, 4 figures, The first two wrong figures are correcte

Normal-State Hourglass Dispersion of the Spin Excitations in FeSex_{x}Te1−x_{1-x}

We use cold neutron spectroscopy to study the low-energy spin excitations of superconducting (SC) FeSe$_{0.4}$Te$_{0.6}$ and essentially non-superconducting (NSC) FeSe$_{0.45}$Te$_{0.55}$. In contrast to BaFe$_{2-x}$(Co,Ni)$_{x}$As$_2$, where the low-energy spin excitations are commensurate both in the SC and normal state, the normal-state spin excitations in SC FeSe$_{0.4}$Te$_{0.6}$ are incommensurate and show an hourglass dispersion near the resonance energy. Since similar hourglass dispersion is also found in the NSC FeSe$_{0.45}$Te$_{0.55}$, we argue that the observed incommensurate spin excitations in FeSe$_{1-x}$Te$_{x}$ are not directly associated with superconductivity. Instead, the results can be understood within a picture of Fermi surface nesting assuming extremely low Fermi velocities and spin-orbital coupling.Comment: 4 pages, 4 figure

Distinguishing s±s^{\pm} and s++s^{++} electron pairing symmetries by neutron spin resonance in superconducting NaFe0.935_{0.935}Co0.045_{0.045}As

A determination of the superconducting (SC) electron pairing symmetry forms the basis for establishing a microscopic mechansim for superconductivity. For iron pnictide superconductors, the $s^\pm$-pairing symmetry theory predicts the presence of a sharp neutron spin resonance at an energy below the sum of hole and electron SC gap energies ($E\leq 2\Delta$) below $T_c$. On the other hand, the $s^{++}$-pairing symmetry expects a broad spin excitation enhancement at an energy above $2\Delta$ below $T_c$. Although the resonance has been observed in iron pnictide superconductors at an energy below $2\Delta$ consistent with the $s^\pm$-pairing symmetry, the mode has also be interpreted as arising from the $s^{++}$-pairing symmetry with $E\ge 2\Delta$ due to its broad energy width and the large uncertainty in determining the SC gaps. Here we use inelastic neutron scattering to reveal a sharp resonance at E=7 meV in SC NaFe$_{0.935}$Co$_{0.045}$As ($T_c = 18$ K). On warming towards $T_c$, the mode energy hardly softens while its energy width increases rapidly. By comparing with calculated spin-excitations spectra within the $s^{\pm}$ and $s^{++}$-pairing symmetries, we conclude that the ground-state resonance in NaFe$_{0.935}$Co$_{0.045}$As is only consistent with the $s^{\pm}$-pairing, and is inconsistent with the $s^{++}$-pairing symmetry.Comment: 9 pages, 8 figures. submitted to PR

Ultrasmall Moment Incommensurate Spin Density Wave Order Masking a Ferromagnetic Quantum Critical Point in NbFe₂

In the metallic magnet Nb1−yFe2þy, the low temperature threshold of ferromagnetism can be investigatedby varying the Fe excessywithin a narrow homogeneity range. We use elastic neutron scattering to trackthe evolution of magnetic order from Fe-rich, ferromagnetic Nb0.981Fe2.019to approximately stoichiometricNbFe2, in which we can, for the first time, characterize a long-wavelength spin density wave state burying aferromagnetic quantum critical point. The associated ordering wave vectorqSDW¼ð0;0;lSDWÞis found todepend significantly onyandT, staying finite but decreasing as the ferromagnetic state is approached. Thephase diagram follows a two-order-parameter Landau theory, for which all of the coefficients can now bedetermined. Our findings suggest that the emergence of spin density wave order cannot be attributed toband structure effects alone. They indicate a common microscopic origin of both types of magnetic orderand provide strong constraints on related theoretical scenarios based on, e.g., quantum order by disorder

Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronenstreuung

1979 wurde mit CeCu2Si2 erstmalig ein Schwere-Fermionen-Supraleiter entdeckt. Diese Verbindung, entdeckt von Steglich und Mitarbeitern, befindet sich nahe an einem quantenkritischen Punkt, an dem die magnetische Ordnung gerade unterdrückt wird. Der Abstand zu diesem Punkt kann sowohl durch Druck als auch durch Germaniumsubstitution auf dem Siliziumplatz variiert werden. Dabei treten neben der Supraleitung in CeCu2Si2 auch verschiedene magnetische Phasen bei höherem Germaniumgehalt auf. CeCu2Si2 ordnet magnetisch unterhalb von TN = 0.8 K in einer Spindichtewelle, während das Schwere-Fermionen-System CeCu2Ge2 unterhalb von TN = 4.1 K antiferromagnetisch ordnet. In dieser Arbeit wurde die Substitutionsreihe CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronendiffraktion untersucht. Ausgehend von Proben mit hohem Germaniumgehalt von x = 0.45, deren magnetische Struktur detailliert untersucht wurde, wurden schrittweise die Eigenschaften von Proben mit kleinerem x erschlossen, um schließlich die (bis dato unbekannte) magnetische Struktur in CeCu2Si2 aufzuklären. Weiterhin wurden Untersuchungen zumWechselspiel zwischenMagnetismus und Supraleitung durchgeführt. Hierzu wurde mit einem selbstentwickelten Aufbau dieWechselfeldsuszeptibilität simultan zu den Diffraktionsexperimenten aufgezeichnet. Durch die direkte Korrelation konnte nachgewiesen werden, dass in CeCu2Si2 keine mikroskopische Koexistenz von Supraleitung und magnetischer Ordnung vorliegt, sondern mikroskopische Phasenseparation. - Die Arbeit ist auch über den Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen mit der ISBN 978-3-86727-587-3 erhältlich.In 1979 the first heavy-fermion superconductor CeCu2Si2 was discovered by Steglich et al. The system is near a quantum critical point (QCP), where the magnetic order is just suppressed. The distance to the QCP can be variied with hydrostatic pressure as well as by germanium substitution on the silicon site. Next to the superconductivity in CeCu2Si2 one finds distinct magnetic phases while increasing the germanium content. CeCu2Si2 shows a magnetic order of a spin-density-type below TN = 0.8 K, whereas the heavy fermion system CeCu2Ge2 orders below TN = 4.1 K as an antiferromagnet. The focus of this thesis is on neutron-diffraction in the system CeCu2(Si1-xGex)2. Starting with a sample with a high germanium content of x = 0.45, the magnetic structures are investigated in detail. Following a step-by-step approach, samples with reduced x are investigated subsequently to figure out the properties of pure CeCu2Si2, which were not accessible before. Furthermore, the complex interaction between magnetism and superconductivity is investigated in detail. Using a specially designed setup, the ac-susceptibility could be recorded simultaneously during the neutron diffraction experiments. Due to the direct correlation between antiferromagnetic signals and diamagnetic features, the microscopic coexistence of superconductivity and magnetic order can be ruled out. Instead, a phase separation on the microscopic scale is found. - The thesis is also available from the publisher Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen under the ISBN 978-3-86727-587-3

Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronenstreuung

1979 wurde mit CeCu2Si2 erstmalig ein Schwere-Fermionen-Supraleiter entdeckt. Diese Verbindung, entdeckt von Steglich und Mitarbeitern, befindet sich nahe an einem quantenkritischen Punkt, an dem die magnetische Ordnung gerade unterdrückt wird. Der Abstand zu diesem Punkt kann sowohl durch Druck als auch durch Germaniumsubstitution auf dem Siliziumplatz variiert werden. Dabei treten neben der Supraleitung in CeCu2Si2 auch verschiedene magnetische Phasen bei höherem Germaniumgehalt auf. CeCu2Si2 ordnet magnetisch unterhalb von TN = 0.8 K in einer Spindichtewelle, während das Schwere-Fermionen-System CeCu2Ge2 unterhalb von TN = 4.1 K antiferromagnetisch ordnet. In dieser Arbeit wurde die Substitutionsreihe CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronendiffraktion untersucht. Ausgehend von Proben mit hohem Germaniumgehalt von x = 0.45, deren magnetische Struktur detailliert untersucht wurde, wurden schrittweise die Eigenschaften von Proben mit kleinerem x erschlossen, um schließlich die (bis dato unbekannte) magnetische Struktur in CeCu2Si2 aufzuklären. Weiterhin wurden Untersuchungen zumWechselspiel zwischenMagnetismus und Supraleitung durchgeführt. Hierzu wurde mit einem selbstentwickelten Aufbau dieWechselfeldsuszeptibilität simultan zu den Diffraktionsexperimenten aufgezeichnet. Durch die direkte Korrelation konnte nachgewiesen werden, dass in CeCu2Si2 keine mikroskopische Koexistenz von Supraleitung und magnetischer Ordnung vorliegt, sondern mikroskopische Phasenseparation. - Die Arbeit ist auch über den Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen mit der ISBN 978-3-86727-587-3 erhältlich.In 1979 the first heavy-fermion superconductor CeCu2Si2 was discovered by Steglich et al. The system is near a quantum critical point (QCP), where the magnetic order is just suppressed. The distance to the QCP can be variied with hydrostatic pressure as well as by germanium substitution on the silicon site. Next to the superconductivity in CeCu2Si2 one finds distinct magnetic phases while increasing the germanium content. CeCu2Si2 shows a magnetic order of a spin-density-type below TN = 0.8 K, whereas the heavy fermion system CeCu2Ge2 orders below TN = 4.1 K as an antiferromagnet. The focus of this thesis is on neutron-diffraction in the system CeCu2(Si1-xGex)2. Starting with a sample with a high germanium content of x = 0.45, the magnetic structures are investigated in detail. Following a step-by-step approach, samples with reduced x are investigated subsequently to figure out the properties of pure CeCu2Si2, which were not accessible before. Furthermore, the complex interaction between magnetism and superconductivity is investigated in detail. Using a specially designed setup, the ac-susceptibility could be recorded simultaneously during the neutron diffraction experiments. Due to the direct correlation between antiferromagnetic signals and diamagnetic features, the microscopic coexistence of superconductivity and magnetic order can be ruled out. Instead, a phase separation on the microscopic scale is found. - The thesis is also available from the publisher Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen under the ISBN 978-3-86727-587-3