SFB 1143 - Korrelierter Magnetismus

In einem Projekt im Rahmen des Sonderforschungsbereich  SFB 1143 - "Korrelierter Magnetismus: Von Frustration zu Topologie" werden gegenwärtig zwei Verbindungsfamilien untersucht, die sich strukturell durch Dreiecks- bzw. Honigwabennetze mit magnetisch aktiven Kationen auszeichnen. Es handelt sich einerseits um Delafossite mit der allgemeinen Zusammensetzung AMX₂ und andererseits um Ferrate wie K_2–xFe₄O_7–x(OH)_x.

© Philipp Schlender

In Delafossiten mit einer unverzerrten, trigonalen Anordnung von magnetisch aktiven Kationen mit bevorzugt antiferromagnetischer Kopplung kommt es bei tiefen Temperaturen zu Frustration, da sich nicht alle benachbarten magnetischen Momente gleichzeitig antiparallel einstellen können. Für Ionen mit effektiven Momenten von J_eff = ½ kann das bedeuten, dass es keinen singulären geordneten Grundzustand gibt, sondern dass eine Superposition von Zuständen minimaler Energie resultiert, was als Quantenspinflüssigkeit bezeichnet wird. Quantenspinflüssigkeiten wurden schon Mitte der 1970er von Anderson theoretisch vorhergesagt, es gibt aber bisher keine Verbindungen, an der ein solcher Grundzustand experimentell zweifelsfrei nachgewiesen wurde. Mit NaYbS₂ ist es uns gelungen, ein Material herstellen, das der Vorhersage von Anderson wie kaum ein anderes entspricht. Neben Yb-Delafossiten werden in unserer Gruppe auch Ce- und Ti-Delafossite hergestellt und innerhalb des SFB umfassend untersucht.

© Philipp Schlender

Die zweite Substanzgruppe sind Verbindungen mit Honigwabennetzen aus magnetisch aktiven Ionen. Auch hier kann sich bei geeigneter Kopplung ein Grundzustand mit magnetischer Frustration einstellen und insbesondere Metallhalogenide wie α-RuCl₃ wurden daraufhin in den letzten Jahren intensiv untersucht. Für die Einstellung der Frustration spielen allerding auch die Wechselwirkungen zwischen den Honigwabennetzen eine Rolle, die über den strukturellen Aufbau beeinflusst werden kann. In Ferraten wie K_2–xFe₄O_7–x(OH)_x sind diese Netze über Tetraederpaare als Abstandshalter miteinander verbunden. Durch Variation der Ionen in diesen Tetraederpaaren kann man die Kopplung zwischen den Honigwabennetzen gezielt ansteuern und so die magnetischen Eigenschaften variieren.

Projektverantwortliche

Prof. Dr. Michael Ruck

Name

Herr Prof. Dr. Michael Ruck

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Organisationsname

Professur f. Anorganische Chemie II

Professur f. Anorganische Chemie II

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Besuchsadresse:

Chemie/Hydrowissenschaften, CHE 464 Bergstraße 66

01069 Dresden

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Prof. Dr. Thomas Doert

© TU Dresden

Privatdozent und außerplanmäßiger Professor

Name

Herr Prof. Dr. rer. nat. habil. Thomas Doert

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Organisationsname

Professur f. Anorganische Chemie II

Professur f. Anorganische Chemie II

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Besuchsadresse:

Chemie/Hydrowissenschaften, CHE 456 Bergstraße 66

01069 Dresden

work Tel.

Weitere Informationen

Projektmitglieder

M. Sc. Ellen Häußler

© AC2

Doktorandin

Name

Frau Ellen Häußler M.Sc.

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Professur f. Anorganische Chemie II

Professur f. Anorganische Chemie II

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Chemie/Hydrowissenschaften, CHE 458 Bergstraße 66

01069 Dresden

work Tel.

Manuel Schulze

© AC2

Doktorand

Name

Herr Manuel Schulze M. Sc.

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Organisationsname

Professur f. Anorganische Chemie II

Professur f. Anorganische Chemie II

Adresse work

Besuchsadresse:

Chemie/Hydrowissenschaften, CHE 458 Bergstraße 66

01069 Dresden

work Tel.

Ausgewählte Literatur

Delafossite

• Häußler, Ellen: Synthese und Charakterisierung von Thio und Selenodelafossiten LiTiS₂, LiTiSe₂ und NaYb_1-xLuxS₂. Dresden, Technische Universität, Master thesis, 2019

• Baenitz, M.; Schlender, Ph.; Sichelschmidt, J.; Onykiienko, Y. A.; Zangeneh, Z.; Ranjith, K. M.; Sarkar, R.; Hozoi, L.; Walker, H. C.; Orain, J.-C.; Yasuoka, H.; van den Brink, J.; Klauss, H. H.; Inosov, D. S.; Doert, Th.: NaYbS2: A planar spin-1/2 triangular-lattice magnet and putative spin liquid. In: Physical Review B 98 (2018), S. 220409.

• Sichelschmidt, J.; Schlender, Ph.; Schmidt, B.; Baenitz, M.; Doert, Th.: Electron spin resonance on the spin-1/2 triangular magnet NaYbS2. In: J. Phys.: Condens. Matter 31 (2019), S. 205601.

• K. M. Ranjith, S. Luther, T. Reimann, B. Schmidt, P. Schlender, J. Sichelschmidt, H. Yasuoka, A. M. Strydom, I. Scurschii, J. Wosnitza, H. Kühne, T. Doert, M. Baenitz,
  Anisotropic field-induced ordering in the triangular-lattice quantum spin liquid NaYbSe₂, Phys. Rev. B 100, 224417 (2019) (arXiv)

• R. Sarkar, Ph. Schlender, V. Grinenko, E. Haeussler, Peter J. Baker, Th. Doert, H.-H. Klauss, Quantum spin liquid ground state in the disorder free triangular lattice NaYbS₂, Phys. Rev. B 100, 241116(R) (2019) (arXiv)

• G. Bastien, B. Rubrecht, E. Haeussler, P. Schlender, Z. Zangeneh, S. Avdoshenko, R. Sarkar, A.  Alfonso, S. Luther, Y. A. Onykiienko, H. C. Walker, H. Kühne, V. Grinenko, Z. Guguchia, V. Kataev, H.-H. Klauss, L. Hozoi, J. van den Brink, D. S. Inosov, B. Büchner, A. U. B. Wolter, T. Doert, Long-range magnetic order in the S = 1/2 triangular lattice antiferromagnet KCeS₂, SciPost Physics 9, 041 (2020) (arXiv)

• A. A. Kulbakov, S. M. Avdoshenko, I. Puente-Orench, M. Deep, M. Doerr, P. Schlender, T. Doert, D. S. Inosov, Stripe-yz magnetic order in the triangular-lattice antiferromagnet KCeS₂, J. Phys.: Condens. Matter 33, 425802 (2021) (arXiv)

• B. Schmidt, J. Sichelschmidt, K. M. Ranjith, Th. Doert, M. Baenitz, Yb delafossites: unique bond dependent exchange frustration of 4f spin 1/2 moments on a perfect triangular lattice, Phys. Rev. B. 103, 214445 (2021) (arXiv)

• E. Häußler, J. Sichelschmidt, M. Baenitz, E. C. Andrade, M. Vojta, T. Doert,
  Diluting a triangular-lattice spin liquid: Synthesis and characterization of NaYb_1-xLu_xS₂ single crystals,Phys. Rev. Mater. 6, 046201(2022) (arXiv)

Ferrate

• Albrecht, R.; Hunger, J.; Doert, Th.; Ruck, M.; Block, Th.; Pottgen, R.; Senyshyn, A.; Ruck M.: Oxo-Hydroxoferrate K2–xFe4O7–x(OH)x: Hydroflux Synthesis, Chemical and Thermal Instability, Crystal and Magnetic Structures. In. ChemistryOpen 8 (2019), S. 74.

• R. Albrecht, J. Hunger, M. Hölzel, R. Pöttgen, T. Block, Th. Doert, M. Ruck,
  Antiferromagnetic Alkali Metal Oxohydroxoferrates(III) with Correlated Hydrogen Bonding Systems, ChemistryOpen 8, 1399–1406 (2019)

• R. Albrecht, M. Hoelzel, H. Beccard, M. Rüsing, L. Eng, Th. Doert, M. Ruck, Potassium Ion Conductivity in the Cubic Labyrinth of a Piezoelectric, Antiferromagnetic Oxoferrate(III)-Tellurate(VI), Chem. Eur. J. 27, 14299 (2021)

Übergangsmetalltrihalide

• Koitzsch, C. Habenicht, E. Müller, M. Knupfer, B. Büchner, H. C. Kandpal, J. van den Brink, D. Nowak, A. Isaeva, and T. Doert, Jeff Description of the Honeycomb Mott Insulator a-RuCl3, Phys. Rev. Lett. 117, 126403 (2016).

• A. Koitzsch, C. Habenicht, E. Müller, M. Knupfer, B. Büchner, S. Kretschmer, M. Richter, J. van den Brink, F. Börrnert, D. Nowak, A. Isaeva, and T. Doert, Nearest-neighbor Kitaev exchange blocked by charge order in electron doped a-RuCl3, Phys. Rev. Mater. 1, 052001(R) (2017).

• U. B. Wolter, L. T. Corredor, L. Janssen, K. Nenkov, S. Schönecker, S.-H. Do, K.-Y. Choi, R. Albrecht, J. Hunger, T. Doert, M. Vojta, and B. Büchner, Field-induced quantum criticality in the Kitaev system a-RuCl3, Phys. Rev. B 96, 041405(R) (2017).

• R. Hentrich, A. U. B. Wolter, X. Zotos, W. Brenig, D. Nowak, A. Isaeva, T. Doert, A. Banerjee, P. Lampen-Kelley, D. G. Mandrus, S. E. Nagler, J. Sears, Y.-J. Kim, B. Büchner, and C. Hess, Large field-induced gap of Kitaev-Heisenberg paramagnons in a-RuCl3, Phys. Rev. Lett. 120, 117204 (2018).

• T. Biesner, S. Biswas, W. Li, Y. Saito, A. Pustogow, M. Altmeyer, A. U. B. Wolter, B. Büchner, M. Roslova, T. Doert, S. M. Winter, R. Valenti, and M. Dressel, Detuning the Honeycomb of a-RuCl3: Pressure-Dependent Optical Studies Reveal Broken Symmetry, Phys. Rev. B 97, 220401(R) (2018).

• G. Bastien, G. Garbarino, R. Yadav, F. J. Martinez-Casado, R. Beltran Rodriguez, Q. Stahl, M. Kusch, S. P. Limandri, R. Ray, P. Lampen-Kelley, D. G. Mandrus, S. E. Nagler, M. Roslova, A. Isaeva, T. Doert, L. Hozoi, A. U. B. Wolter, B. Büchner, J. Geck, and J. van den Brink, Pressure-induced dimerization and valence bond crystal formation in the Kitaev-Heisenberg magnet a-RuCl3, Phys. Rev. B, 97, 241108(R) (1018).

• R. Hentrich, M. Roslova, A. Isaeva, T. Doert, W. Brenig, B. Büchner, C. Hess,
  Large thermal Hall effect in α-RuCl₃: Evidence for heat transport by Kitaev-Heisenberg paramagnons, Phys. Rev. B 99,  085136 (2019)

• G. Bastien, M. Roslova, M. H. Haghighi K. Mehlawat, J. Hunger, A. Isaeva, T. Doert, M. Vojta, B. Büchner, A. U. B. Wolter, Spin-glass state and reversed magnetic anisotropy induced by Cr doping in the Kitaev magnet α-RuCl₃, Phys. Rev. B 99, 214410 (2019) (arXiv)

• M. Roslova, J. Hunger, G. Bastien, D. Pohl, H. Haghighi, A.U.B. Wolter, A. Isaeva, U. Schwarz, B. Rellinghaus, K. Nielsch, B. Büchner, T. Doert, Detuning the Honeycomb of the α-RuCl₃ Kitaev lattice: A case of Cr³⁺ dopant, Inorg. Chem. 58, 6659-6668 (2019)

• A. Koitzsch, E. Müller, M. Knupfer, B. Büchner, D. Nowak, A. Isaeva, Th. Doert, M. Grüninger, S. Nishimoto, J. van den Brink, Low temperature enhancement of ferromagnetic Kitaev correlations in α-RuCl₃, Phys. Rev. Mater. 4, 094408 (2020) (arXiv)

• R. Hentrich, X. Hong, M. Gillig, F. Caglieris, M. Culo, M. Shahrokhvand, U. Zeitler, M. Roslova, A. Isaeva, T. Doert, L. Janssen, M. Vojta, B. Büchner, C. Hess, High-field thermal transport properties of the Kitaev quantum magnet α-RuCl₃: evidence for low-energy excitations beyond the critical field, Phys. Rev. B 102, 235155 (2020) (arXiv)

• T. Klaproth, E. Müller, C. Habenicht, B. Büchner, M. Knupfer, M. Roslova, A. Isaeva, T. Doert, A. Koitzsch, Tuning the electronic structure of the trichloride honeycomb lattice by transition metal substitution, Phys. Rev. Mater. 6, 01400 (2022)

Manganbismuttelluride

• R. C. Vidal, A. Zeugner, J. I. Facio, R. Ray, M. H. Haghighi, A. U. B. Wolter, L. T. Corredor Bohorquez, F. Caglieris, S. Moser, T. Figgermeier, T. R. F. Peixoto, H. B. Vasili, M. Valvidares, S. Jung, C. Cacho, A. Alfonsov, K. Mehlawat, V. Kataev, Ch. Heß, M. Richter, B. Büchner, J. van den Brink, M. Ruck, F. Reinert, H. Bentmann, A. Isaeva, Topological electronic structure and intrinsic magnetization in MnBi₄Te₇: a Bi₂Te₃-derivative with a periodic Mn sublattice,
  Phys. Rev. X. 9, 041065 (2019) (arXiv)

• R. C. Vidal, H. Bentmann, T.R.F. Peixoto, A. Zeugner, S. Moser, C.H. Min, S. Schatz, K. Kißner, M. Ünzelmann, C. I. Fornari, H. B. Vasili, M. Valvidares, K. Sakamoto, J. Fujii, I. Vobornik, T. K. Kim, R. J. Koch, C. Jozwiak, A. Bostwick, J. D. Denlinger, E. Rotenberg, J. Buck, M. Hoesch, F. Diekmann, S. Rohlf, M. Kalläne, K. Rossnagel, M.M. Otrokov, E.V. Chulkov, M. Ruck, A. Isaeva, F. Reinert, Surface states and Rashba-type spin polarization in antiferromagnetic MnBi₂Te₄ (0001). Phys. Rev. B. 100, 121104(R) (2019)​ (arXiv)

• A. Zeugner, F. Nietschke, A. U. B. Wolter, S. Gaß, R. C. Vidal, T. R. F. Peixoto, D. Pohl, C. Damm, A. Lubk, R. Hentrich, S. K. Moser, C. Fornari, C. Hee Min, S. Schatz, K. Kißner, M. Ünzelmann, M. Kaiser, F. Scaravaggi, B. Rellinghaus, K. Nielsch, C. Heß, B. Büchner, F. Reinert, H. Bentmann, O. Oeckler, T. Doert, M. Ruck, A. Isaeva, Chemical Aspects of the Candidate Antiferromagnetic Topological Insulator MnBi₂Te_4, Chem. Mater. 31, 2795 (2019) (arXiv)

Weitere Projekte

• R. Albrecht, J. Hunger, Th. Doert, M. Ruck,Syntheses, crystal structures and physical properties of chromium and rhodium hydrogarnets A₃[M(OH)₆]₂ (A = Ca, Sr; M = Cr, Rh), Eur. J. Inorg. Chem. 2019, 1398-1405

• H. Poddig, J. Hunger, S. Kamusella, H.-H. Klauss, A. U. B. Wolter, G. Bastien, L. T. Corredor Bohórquez_, Th. Doert, Hydrothermal synthesis, crystal structure determination and magnetic properties of a new calcium iron iridium hydrogarnet Ca₃(Ir_2–xFe_x)(FeO₄)_2–x(O₄H₄)_1+x with 0 ≤ x ≤ 1, Z. Anorg. Allg. Chem. 645, 631-637 (2019)

• D. Souchay, M. Nentwig, D. Günther, S. Keilholz, J. de Boor, A. Zeugner, A. Isaeva, M. Ruck, A.U.B. Wolter, B. Büchner, O. Oeckler, Layered Manganese Bismuth Tellurides with GeBi₄Te₇- and GeBi₆Te₁₀–type Structures: Towards Multifunctional Materials, J. Mater. Chem. C 7, 9939–9953 (2019)

• R. Morrow, M. I. Sturza, R. Ray, C. Himcinschi, J. Kern, P. Schlender, S. Wurmehl,
  B. Büchner, M. Richter, Discovery, Crystal Growth, and Characterization of Garnet Eu₂PbSb₂Zn₃O₁₂, Eur. J. Inorg. Chem. 2020, 2512 (2020)

• R. Albrecht, Th. Doert, M. Ruck, The Hydrogarnets Sr₃[RE(OH)₆]₂ (RE = Sc, Y, Ho-Lu): Syntheses, Crystal structures and their Thermal Decomposition to Ternary Rare-Earth Metal Oxides, Z. Anorg. Allg. Chem. 646, 1517–1524 (2020)

• R. Albrecht, J. Hunger, T. Doert, M. Ruck, CaNa[Cr(OH)₆] – A Layered Hydroxochromate(III) with Ordered Brucite Structure and its Thermal Decomposition,

  Anorg. Allg. Chem. 646, 1130–1137 (2020)

• G. S. Thakur, S. Chattopadhyay, T. Doert, T. Hermannsdörfer, C. Felser,
  Crystal growth of spin-frustrated Ba₄Nb_0.8Ir_3.2O₁₂: A possible spin liquid material,
  Cryst. Growth Des. 20, 2871 (2020) (arXiv)

• R. Albrecht, F. Graßme, Th. Doert, M. Ruck, Hydroflux syntheses and crystal structures of hydrogarnets Ba₃[RE(OH)₆]₂ (RE = Sc, Y, Ho – Lu), Z. Naturforsch B  75, 951–957 (2020)

• M. Lê Anh, M. Kaiser, M. Ghimire, M. Richter, K. Koepernik, M. Gruschwitz, C. Tegenkamp, Th. Doert, M. Ruck, The weak 3D topological insulator Bi₁₂Rh₃Sn₃I₉,
  Chem. Eur. J. 26, 15549 – 15557 (2020)

• G. S. Thakur, Th. Doert, S. Mohitkar, W. Schnelle, C. Felser, M. Jansen,
  Crystal growth of a new twinned 8H perovskite Sr₈Os_6.3O₂₄ exhibiting high T_C ferromagnetism, Cryst. Growth Des. 21, 2459–2464 (2021) (arXiv)

• R. Albrecht, H. Poddig, J. Hunger, M. Ruck, P. Benrath, A. Möller, Th. Doert,

  Hydrothermal Synthesis, Crystal Structure, and Magnetism of Na₂[Ir(OH)₆] and its Dehydration to Na₂IrO₃, Z. Anorg. Allg. Chem. 647, 667-672 (2021)

• P. Gebauer, H. Poddig, L. T. Corredor-Bohorquez, T. Menshchikova, I. Rusinov, P. Golub, F. Caglieris, C. Benndorf, T. Lindemann, E. S. Tchoulkov A. U. B. Wolter, B. Buechner, Th. Doert, A. Isaeva, Heavy-atom antiferromagnet GdBiTe: interplay of magnetism and topology in a symmetry-protected semimetal, Chem. Mater. 33, 2420-2435 (2021)

• D.C. Peets, M. Avdeev, M.C. Rahn, F. Pabst, S. Granovsky, M. Stötzer, D.S. Inosov,
  Crystal Growth, Structure, and Noninteracting Quantum Spins in Cyanochroite, K₂Cu(SO₄)₂·6H₂O, ACS Omega 7, 5139-5145 (2022)