Forschung: Extremes Aufweichen des Gitters nahe eines quantenkriti­schen Punkts

Quantenkritisches Verhalten ist ein zentrales Thema in der Physik der kondensierten Materie. Verschiedene bemerkenswerte Phänomene, wie exotische Supraleitung und Nicht-Fermi-Flüssigkeits-Verhalten, erscheinen in der Nähe quantenkritischer Punkte, die durch rein quantenmechanische Wechselwirkungen induziert werden. Dabei wird eine langreichweitige Ordnung durch Quantenfluktuationen bei einem kritischen Wert eines externen Parameters, wie z. B. Magnetfeld, Druck oder Dotierung, unterdrückt. Ein prototypisches System, das einen Quantenphasenübergang zeigt, ist eine Ising-Spinkette in einem transversalen Magnetfeld ‒ das so genannte transversale Ising-Modell. CoNb₂O₆ ist ein Beispiel für einen solchen transversalen Ising-Magneten, wenn ein Magnetfeld entlang der magnetisch harten Achse angelegt wird. Wir, ein Team von Forschern der Universität Tokio, Japan, und des Hochfeld-Magnetlabors Dresden am HZDR, haben die elastischen Eigenschaften von CoNb₂O₆ mit Hilfe von Messungen der Ultraschallgeschwindigkeit untersucht. Wir fanden eine riesige elastische Anomalie in einer akustischen Mode, wenn das Magnetfeld entlang der harten Achse, senkrecht zur Ising-Achse, angelegt wurde. Die elastische Konstante C₆₆ wird bei 4,8 T und 1,3 K um etwa 20 % weicher. Diese Anomalie scheint an einem quantenkritischen Punkt in der Nähe dieses Magnetfeldes kritisch zu werden. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die relativistische Spin-Bahn-Wechselwirkung zusammen mit Quantenfluktuationen eine entscheidende Rolle in diesem quantenkritischen Bereich spielen.

K. Matsuura, P. T. Cong, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza, N. Abe, and T. Arima,
Anomalous Lattice Softening Near a Quantum Critical Point in a Transverse Ising Magnet,
Phys. Rev. Lett. 124, 127205 (2020)