Forschung: Nematische Fluktuationen in Eisen-Oxychalcogenid-Mott-Isolatoren

In einer nematisch geordneten Phase ist eine Rotationssymmetrie reduziert bei Erhaltung der Translationssymmtrie des ungeordneten Systems. Dynamische Vorläufer, d.h. nematische Fluktuationen, treten in einer Vielzahl von physikalischen Systemen, von Biomolekülen bis zu Kuprat- und Eisenpniktid-Hochtemperatursupraleitern auf.  Es ist bisher nicht eindeutig geklärt, ob die Nematizität in Pniktiden durch spontane Symmetriebrechung itineranter Spinfreiheitsgrade oder durch lokalisierte orbitale Ordnung hervorgerufen wird.  In dieser Arbeit warden experimentelle und theoretische Untersuchungen an den Eisen-basierten Mott-Isolatoren La₂O₂Fe₂OM₂ (M= S, Se), die strukturell verwand zu Eisen-Pniktiden sind,  vorgestellt.  Die Untersuchungen des elektrischen Feldgradienten in der Mössbauerspektroskopie und der Spin-Gitter-Relaxationsrate in der Kernspinresonanz  zeigen die Existenz von nematischen Spinfluktuationen bis zu 50 Kelvin oberhalb der antiferromagnetischen Ordnungstemperatur T_N. In diesen Systemen gibt es keine itineranten Spinfluktuationen, jedoch ist eine Entartung der  d_xz- und d_yz-Orbitale der Eisenionen  durch die lokale Umgebung aufgehoben.  Dadurch entstehen außergewöhnliche nicht-kollineare nematische Spinfluktuationen, die die vierfache Rotationssymmetrie der Gitterstruktur erhalten.

B. Freelon, R. Sarkar, S. Kamusella, F. Brückner, V. Grinenko, S. Acharya, M. Laad, L. Craco, Z. Yamani, R. Flacau, I. Swainson, Y. Liu, H. Wang, J. Du, M. Fang, H.-H. Klauss,
Spin nematic phase in iron-oxychalcogenide Mott insulators,
NPJ Quantum Mater. 6, 4 (2021) (arXiv)