Plessel, Jochen

German

Kölner UniversitätsPublikationsServer

Jochen Plessel: Hochdruckuntersuchungen an Yb-Kondo-Gitter-Systemen in der Nähe einermagnetischen Instabilität. 2002Das Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluß eines äußeren Druckes auf die elektronischen, magnetischenund strukturellen Eigenschaften einiger ausgewählter, neuer Yb-Verbindungen, die bei Normaldruckeinen zwischenvalenten (YbCu2 Si2 ), bzw. einen Schwer-Fermion- und/oderNicht-Fermiflüssigkeits-Grundzustand (YbRh2 Si2 ) besitzen, zu untersuchen. Die Gemeinsamkeit deruntersuchten Systeme YbRh2 Si2  und YbCu2 Si2  liegt darin, daß sich beide in der Nähe zu einermagnetischen Instabilität befinden. Hierfür wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Hochdruckzangederart optimiert, daß erstmals 170 Yb-Mößbauerspektroskopie bei hohen Drücken bis p = 20 GPa undgleichzeitig tiefen Temperaturen von T = 1.3 K möglich war, wodurch erstmals die mikroskopischeUntersuchung einer vollständigen druckinduzierten magnetischen Phase in einer Yb-Verbindungrealisiert werden konnte.Die Hochdruck-Mößbauer-Untersuchungen an YbCu2 Si2  wurden erfolgreich bis p = 20 GPa und T =1.3 K durchgeführt und es konnte erstmals eine vollständige druckinduzierte magnetische Phase ineiner Yb-Verbindung mikroskopisch beobachtet werden. Dabei hat sich gezeigt, daß derdruckinduzierte Phasenübergang in YbCu2 Si2  ein Übergang 1. Ordnung ist und die Hochdruckphaseein magnetisches Moment von mYb  » 1.7 mB  im Grundzustand besitzt, wobei die magnetischeOrdnungstemperatur bei 20 GPa Tmag  = 5.8 K beträgt.Der Schwerpunkt dieser Arbeit lag in der Untersuchung des Schwer-Fermion-Systems YbRh2 Si2 . Indiesem System beobachtet man bei Normaldruck ein ausgeprägtes Nicht-Fermiflüssigkeits-Verhaltensowie eine sehr schwache magnetische Ordnung kleiner magnetischer Momente (mYb  < 0.1 mB ) beisehr tiefen Temperaturen (Tmag  = 65 mK), was auf die "Nähe" zu einem Quanten-Kritischen-Punkt hindeutet.Die in der vorliegenden Arbeit durchgeführten Hochdruckuntersuchungen mittels 170 Yb-Mößbauerspektroskopie und elektrischer Widerstandsmessungen bis in den mK-Bereich und imexternen Magnetfeld zeigen, daß in YbRh2 Si2  für 0 £ p < 10 GPa eine dynamische magnetischePhase vorliegt (Tmag  » 1 K) und das System bei 10 GPa einen Phasenübergang 1. Ordnung in einenZustand langreichweitiger statischer magnetischer Ordnung (mYb  » 1.9 mB , Tmag  = 7.4 K) vollzieht.Daß dieser Phasenübergang nicht strukturell bedingt ist, habenHochdruck-Röntgendiffraktometrie-Experimente (p £ 21 GPa) belegt. Die Existenz von magnetischenFluktuationen (p < 10 GPa) wurde experimentell durch elektrische Widerstandsmessungen imexternen Magnetfeld nachgewiesen. Eine solche ausgedehnte, stabile dynamische magnetische Phase,wie in YbRh2 Si2  für p < 10 GPa, wurde bisher in keiner anderen Schwer-Fermion-Verbindungbeobachtet und ist auf den ungewöhnlichen metallischen Zustand bei Normaldruck zurückzuführen.Da dieser Zustand im Rahmen des erweiterten Doniach-Phasendiagrammes nicht beschrieben werdenkann, wurde ein neues magnetisches Phasendiagramm für YbRh2 Si2  vorgeschlagen. The effect of pressure on the electronic, magnetic and structural properties on selected Yb-compounds (YbCu2 Si2 , YbRh2 Si2 ) has been investigated using the electrical resistance, 170 Yb-Mössbauer-Effekt (ME) and x-ray diffraction techniques. Special emphasis has been given tothe studying of the nature of the nonmagnetic ® magnetic transition induced by pressure, particulary inthe new compound YbRh2 Si2 . For a comprehensive investigation of the magnetic phase transitiontechnical developments of the pressure clamp for 170 Yb-ME spectroscopy were performed to achieve p = 20 GPa and T = 1.3 K.Using this new ME high pressure clamp it was possible to investigate the pressure effect on themagnetic properties of YbCu2 Si2  up to p = 20 GPa and T = 1.3 K. The analysis of the experimentalresults clearly show, that the pressure-induced nonmagnetic ® magnetic transition above 8 GPa is offirst-order and the high pressure phase (p = 20 GPa) exhibits a magnetic moment of mYb  = 1.7 mBand a magnetic ordering temperature of 5.8 K.The major part of this thesis was devoted to the high pressure investigations on the new compound YbRh2 Si2  which exhibits pronounced Non-Fermi-Liquid (NFL) behavior at ambient pressure andzero magnetic field. Furthermore, one observes at ambient pressure a very weak magnetic order at lowtemperatures (Tmag  » 65 mK). These findings together with doping experiments (YbRh2 Si2-x Gex , x £ 0.1) clearly demonstrate the proximity of this system to a quantum critical point (QCP).Towards a better understanding of the ground state properties of YbRh2 Si2  in the vicinity of the QCP,the effect of external pressure (up to 20 GPa) on the magnetic, electronic and structural properties ofthis compound was investigated using the 170 Yb-Mössbauer Effect (T ³ 1.3 K), electrical resistance (T ³ 70 mK) and x-ray diffraction techniques (300 K).It is shown that upon increasing the pressure (0 £ p < 10 GPa), the NFL state of YbRh2 Si2  firstexhibits dynamic magnetic order below ~ 1 K, which then switches at p » 10 GPa to a static long rangemagnetic order.This unusal magnetic phase transition is of first-order and the high pressure phase exhibits an orderedmoment of ~ 1.9 mB  with high magnetic ordering temperature of 7.4 K at p » 17.5 GPa. A magneticphase diagram for YbRh2 Si2  under high pressure is suggested. 

Hochdruckuntersuchungen an Yb-Kondo-Gitter-Systemen in der Nähe einer magnetischen Instabilität

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Kölner UniversitätsPublikationsServer