Rugalmas rácsok kollektiv dinamikája rendezetlen potenciál térben = Collective Dynamics of Elastic Lattices in Disorder Potential

A projekt keretében nagyáramú transzportméréseket végeztünk a magashőmérsékletű szupravezetők prototípusának tekinthető Bi2Sr2CaCu2O8 (BSCCO) egykristályokon. Vizsgálataink a következő új eredményekhez vezettek: 1. Az alacsonyhőmérsékleti vortexüveg fázis egy tartományában megfigyelt metastabil viselkedés megjelenése nem fázisátmenet, hanem egy dinamikus átmenetet, amely során a vortexek termikus relaxációs ideje hosszabbá válik, mint a kísérlet időskálája. 2. A disszipáció a szupravezető és normális állapotot elválasztó front mozgásával fokozatosan terjed a mintában. 3. A szabad vortexmozgás (FFF) disszipatív dinamikája nem írható le a széleskörűen elfogadott Bardeen-Stephen-törvénnyel, amely szerint az ellenállás lineárisan közelít a nem szupravezető értékhez, ha a mágneses tér a felső kritikus mágneses térhez tart, hanem egy 3/4 kitevőjű hatványfüggvénnyel irható le. 4. A szilárd vortex fázisban a mágneses ellenállás telítődik nagy mágneses térnél. A jelenséget a szomszédos szupravezető síkokon a vortexmagok közötti kvázirészecske-vezetőképesség segítségével értelmeztük. 5. Szilárd vortex fázisban nagy áramoknál Hall-feszültség jelenik meg, mely előjelet vált a mágneses tér irányának változtatásakor. A Hall-feszültség megjelenésének küszöbárama két nagyságrenddel nagyobb, mint a longitudinális feszültségé. A jelenséget a vortexek dinamikus rendeződésével értelmeztük. | Our programme on high current electrical transport in Bi2Sr2CaCu208 (BSCCO), chosen as the prototypical high Tc cuprate superconductor, has brought new understanding to several aspects: 1.The portion of the low temperature vortex glass phase exhibiting metastability is not a new phase but a dynamic crossover at which thermal relaxation of the vortices into the disorder slows to the time scale of the experiments. 2. Dissipation sets in progressively as a superconducting/normal front moves into the sample. 3.The free flux flow viscous dynamics does not obey the widely accepted Bardeen- Stephen law that the resistivity approach its non-superconducting value linearly with field to the upper critical field, but rather a displays a 3 power law. 4.The magneto resistance in the vortex solid phase saturates at high field. This is interpreted as arising from extra c-axis conduction along the cores of vortices which have time averaged out the disorder and become aligned from plane to plane to displace as a 3-D Abrikosov like solid. 5.In the vortex solid phase a real Hall potential, one which changes sign on magnetic field reversal, appears only at very high currents, two orders of magnitude beyond the depinning threshold. We ascribe this to motion along a channel from which escape into unguided free flux flow exhibiting a real Hall effect requires a minimum lateral force. The large factor between depinning and dechanneling is attributed to the increased current penetration accompanying vortex alignment

Korrelált elektronrendszerek fázsiátalakulásainak elméleti és NMR kisérleti vizsgálata = Phase transitions in correlated electron systems: Theory and NMR experiments

Elméleti vizsgálatainkban az kérdeztük, hogyan vezethetnek a geometriai kényszerek, a magasabb spinkicserélődés, illetve az anizotróp kölcsönhatások szokatlan tulajdonságú mágneses fázisokhoz. Megmutattuk, hogy 1-es spinű kvantumrendszerekben nemmágneses, mégis O(3) szimmetriát sértő kvadrupoláris rend jöhet létre bikvadratikus kölcsönhatás jelenlétében háromszög- és négyzetrácson. Az erősen frusztrált piroklór rácson klasszikus spinekre megmutattuk, hogy a bikvadratikus tag együtt az elsőszomszéd Heisenberg-kölcsönhatással nematikus fázist eredményezhet algebrai spinkorrelációkkal. Kiterjedt Monte-Carlo-szimulációkkal megmutattuk egy valódi gap nélküli spinfolyadék létezését kvantumdimer-rendszerekben. Továbbfejlesztettük 9 T-s szilárdtest-NMR spektrométerünket egy korszerű rádiófrekvenciás konzol üzembehelyezésével és számos a molekuláris mágnesek és kapcsolók családjába tartozó cianid-hidas átmenetifém-komplex NMR tulajdonságait vizsgáltuk. Berlini kék analóg vegyületben az átmeneti fémion-összetétel függvényében változó mágneses tulajdonságokat követtük a kristályvíz protonjait felhasználva. Kvázi kétdimenziós ferromágneses vegyületben szerkezetileg azonosítottuk és jellemeztük a különböző eredetű (víz ill. szerves) protonjeleket. Egy másik NMR vizsgálatunkban sikeresen leírtuk egy izolált kubán molekula proton-NMR spektrumát a kölcsönható 8-spin rendszer Hamilton-operátorának numerikus diagonalizálásával. | On the theoretical side, we have studied how geometrical, higher spin exchange, or DM interaction induced frustration can lead to exotic phases. We found nonmagnetic, yet O(3) breaking quadrupolar phases in quantum spin-one system with biquadratic exchange on triangular and square lattices. On the highly frustrated pyrochlore lattice with classical spins, we have shown that biquadratic term next to a nearest neighbor Heisenberg exchange may stabilize nematic order with algebraic decay of spin correlations. Using Monte-Carlo simulations, we have shown the appearance of a true gapless spin-liquid state in three-dimension on a quantum-dimer model. We have shown that the anisotropy may induce Ising-like degeneracy in dimer systems. On the NMR side, we have installed a new radiofrequency console in our 9-T solid state NMR spectrometer. We have investigated cyanide-bridge transition metal complexes belonging to the family of molecular magnets and switches. Using the proton signals of the water in the lattice, we have traced the changes of magnetic properties due to changing transition metal ion composition in a Preussian blue analogue compound. We identified and characterized from structural aspects the proton signals of different origin (water or organic) in a quasi two-dimensional ferromagnetic compound. In another NMR study, we have successfully modelled the proton NMR line shape of isolated cubane molecules with exact diagonalization of the interacting 8-spin Hamiltonian

Disszipáció másodfajú szupravezetőkben = Dissipation in type-II superconductors

A szupravezetőkben szélsőséges körülmények között disszipáció jelenik meg, azaz megszűnik ideális vezető tulajdonságuk. Az ilyen disszipatív folyamatokat vizsgáltuk elsősorban magashőmérsékleti szupravezetőkben. Megmutattuk, hogy a disszipációt az Abrikoszov-féle örvények és a szupravezető rétegek közötti Josephson-féle alagutazás mindig együtt határozza meg. Vizsgáltuk a kvázirészecskék szerepét is az ún. nemkonvencionális szupravezetőkben és több transzporttulajdonságra kaptunk újszerű eredményeket. Vizsgáltuk azt az érdekes és megfejtetlen jelenséget, hogy a magashőmérsékleti szupravezetőkben gyakran már a fémes fázisban lecsökken az állapotsűrűség. Analógiát kerestünk a jelenségre egy egydimenziós fémben és úgy találtuk, hogy ebben az esetben az állapotsűrűség lecsökkenését egy rejtett (nehezen megfigyelhető) rend kialakulása okozza. | Under extreme conditions, dissipation appears in superconductors, i.e., they cease to be ideal conductors. We have investigated these dissipative processes mainly in high-critical-temperature superconductors. We have shown that the dissipation always arises from both the motion of Abrikosov vortices and the Josephson tunneling between adjacent superconducting layers. We have also investigated the role of quasiparicles in unconventional superconductors and found several novel results on the transport properties of these materials. We have considered the intriguing phenomenon that in certain high-critical-temperature superconductor the density of electronic states starts to decrease already in the metallic phase. To gain insight from an analogy, we have studied the decrease of the density of states in a quasi-one-dimensional conductor. We have shown that in this case the origin of the phenomenon is the formation of a hidden (difficult to observe) order

Influence of local fullerene orientation on the electronic properties of A3C60 compounds

We have investigated sodium containing fullerene superconductors Na2AC60, A = Cs, Rb, and K, by Na-23 nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy at 7.5 T in the temperature range of 10 to 400 K. Despite the structural differences from the Rb3C60 class of fullerene superconductors, in these compounds the NMR line of the tetrahedrally coordinated alkali nuclei also splits into two lines (T and T') at low temperature. In Na2CsC60 the splitting occurs at 170 K; in the quenched cubic phase of Na2RbC60 and Na2KC60 we observe split lines at 80 K. Detailed investigations of the spectrum, spin-spin and spin-lattice relaxation as well as spin-echo double resonance (SEDOR) in Na2CsC60 we show that these two different tetrahedral sites are mixed on a microscopic scale. The T and T' sites differ in the orientation of first-neighbor C60 molecules. We present evidence that the orientations of neighboring molecules are uncorrelated. Thermally activated molecular reorientations cause an exchange between the T and T' sites and motional narrowing at high temperature. We infer the same activation energy, 3300 K, in the temperature range 125 to 300 K. The spin lattice relaxation rate is the same for T and T' down to 125 K but different below. Both the spin-lattice relaxation rate and Knight shift are strongly temperature dependent in the whole range investigated. We interpret this temperature variation by the effect of phonon excitations involving the rigid librational motion of the C60 molecules. By extending the understanding of the structure and molecular dynamics of C60 superconductors, these results may help in clarifying the effects of the structure on the superconducting properties.Comment: 13 pages, 10 figures, submitted to PR

H-1 NMR spectrum and spin-lattice relaxation in C-60 center dot C8H8

We have investiagted the rotor-stator molecular crystal fullerene-cubane (C-60 center dot C8H8) by H-1 NMR spectroscopy in the temperature range of 130 to 380 K. The H-1 line is broad and exhibits fine structure characteristic of a multispin spectrum, indicating the absence of angular reorientationos of the cubane molecule. The temperature and field dependence of the spin-lattice relaxation rate of cubane protons is well explained in terms of field fluctuations arising from reorientations of the C-60 molecules. Despite the closely packed structure, the activation energy of these reorientations, 650 K is close to that observed in the high-temperature phase of pure C-60 indicating that the static cubane molecules act as efficient bearing for the rotating fullerene molecules. (C) 2008 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinhei