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 K2–xFe4O7–x(OH)x.
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 Jeff = 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.
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 K2–xFe4O7–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
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Herr Prof. Dr. Michael Ruck
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Chemie/Hydrowissenschaften, CHE 464 Bergstraße 66
01069 Dresden
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Privatdozent und außerplanmäßiger Professor
NameHerr Prof. Dr. rer. nat. habil. Thomas Doert
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Chemie/Hydrowissenschaften, CHE 456 Bergstraße 66
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Projektmitglieder
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Doktorandin
NameFrau Ellen Häußler M.Sc.
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Chemie/Hydrowissenschaften, CHE 458 Bergstraße 66
01069 Dresden
![Manuel_Schulze](https://tu-dresden.de/mn/chemie/ac/ac2/ressourcen/bilder/mitarbeiter/Manuel_Schulze.jpg/@@images/5e3f8e37-c3a6-41f0-8ea3-91f127fc6b37.jpeg)
Doktorand
NameHerr Manuel Schulze M. Sc.
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Besuchsadresse:
Chemie/Hydrowissenschaften, CHE 458 Bergstraße 66
01069 Dresden
Ausgewählte Literatur
Delafossite
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Häußler, Ellen: Synthese und Charakterisierung von Thio und Selenodelafossiten LiTiS2, LiTiSe2 und NaYb1-xLuxS2. Dresden, Technische Universität, Master thesis, 2019
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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,
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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)
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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)
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E. Häußler, J. Sichelschmidt, M. Baenitz, E. C. Andrade, M. Vojta, T. Doert,
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Ferrate
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R. Albrecht, J. Hunger, M. Hölzel, R. Pöttgen, T. Block, Th. Doert, M. Ruck,
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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
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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)
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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)
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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)
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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
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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)
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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 MnBi2Te4, Chem. Mater. 31, 2795 (2019) (arXiv)
Weitere Projekte
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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
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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(Ir2–xFex)(FeO4)2–x(O4H4)1+x with 0 ≤ x ≤ 1, Z. Anorg. Allg. Chem. 645, 631-637 (2019)
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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)
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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)
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R. Albrecht, J. Hunger, T. Doert, M. Ruck, CaNa[Cr(OH)6] – A Layered Hydroxochromate(III) with Ordered Brucite Structure and its Thermal Decomposition,
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G. S. Thakur, S. Chattopadhyay, T. Doert, T. Hermannsdörfer, C. Felser,
Crystal growth of spin-frustrated Ba4Nb0.8Ir3.2O12: A possible spin liquid material,
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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)
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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,
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G. S. Thakur, Th. Doert, S. Mohitkar, W. Schnelle, C. Felser, M. Jansen,
Crystal growth of a new twinned 8H perovskite Sr8Os6.3O24 exhibiting high TC ferromagnetism, Cryst. Growth Des. 21, 2459–2464 (2021) (arXiv) -
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