KIP-Veröffentlichungen

Thermodynamische und magnetische Untersuchungen an drei potentiellen Quanten-Spin-Flüssigkeiten Sr₃CuSb₂O₉, Sr₃ZnIr₂O₉ und Sr₃CuIr₂O₉:

In dieser Thesis werden thermodynamische und magnetische Untersuchungen an den drei potentiellen Quanten-Spin-Flüssigkeits-Systemen Sr₃CuSb₂O₉, Sr₃ZnIr₂O₉ und Sr₃CuIr₂O₉ vorgestellt. Messungen belegen das Vorkommen von quasi-freien Orphan-Spins die zu einer Schottky-Anomalie in der Wärmekapazität und einem Brillouin-ähnlichen Anteil in der Magnetisierung bei niedrigen Temperaturen führen. Auch wenn Wärmekapazität- und Magnetisierungsmessungen keine Anzeichen langreichweitiger magnetischer Ordnung bis hinunter zu 1.8 K zeigen, weisen die Systeme dominante antiferromagnetische Wechselwirkungen anhand von negativen Curie-Weiss Temperaturen auf. Die für Sr₃CuSb₂O₉ bestimmte Curie-Weiss Temperatur θ_CW=-132±10 K deutet auf starke magnetische Frustration hin, wie es für ein Spinsystem in einem geschichteten Dreiecksgitter erwartet wird. In Sr₃ZnIr₂O₉ wurde der erwartete Zustand nahe J=0 nachgewiesen, der sich in einem kleinen effektiven magnetischen Moment µ_eff=0.85±0.09 µ_B/f.u. äußert und eine Curie-Weiss Temperatur von θ_W=-39±8 K aufweist. Überraschenderweise sind die antiferromagnetischen Wechselwirkungen in Sr₃CuIr₂O₉ (θ_W=-17±5 K) schwächer als die in den beiden anderen Materialien ermittelten Wechselwirkungen. Für alle drei Verbindungen wurden kleinere magnetische Entropieänderungen über 1.8 K geschätzt als die volle magnetische Entropie eines J=½ System. Dies deutet in Sr₃CuSb₂O₉ und Sr₃CuIr₂O₉ auf eine hohe Grundzustandsentartung hin, wodurch die Hypothese eines Quanten-Spin-Flüssigkeit Grundzustands gestärkt wird.

Thermodynamic and magnetic studies on the quantum spin liquid candidate systems Sr₃CuSb₂O₉, Sr₃ZnIr₂O₉ and Sr₃CuIr₂O₉:

This thesis presents thermodynamic and magnetic studies on three potential quantum spin-liquid systems: Sr₃CuSb₂O₉, Sr₃ZnIr₂O₉ and Sr₃CuIr₂O₉. The measurements evidence the presence of quasi-free orphan spins leading to a Schottky anomaly and Brillouin-like behavior at low temperatures. While magnetization and heat capacity data show no evidence of long-range magnetic order down to 1.8 K, the systems exhibit negative Weiss temperatures indicating dominant antiferromagnetic interactions. The obtained Weiss temperature (θ_W=-132±10 K) in Sr₃CuSb₂O₉ implies strong magnetic frustration as expected for a layered triangular spin arrangement. In Sr₃ZnIr₂O₉, the expected near J=0 state is confirmed by the observed small effective magnetic moment µ_eff=0.85±0.09 µ_B/f.u. and the Weiss temperature amounts to θ_W=-39±8 K. Surprisingly, AFM interactions in Sr₃CuIr₂O₉ (θ_W=-17±5 K) are weaker than interactions assessed in both other compounds. In all materials under study, the estimated magnetic entropy changes above 1.8 K are much lower than the full magnetic entropy for a J=½ system, which in particular for Sr₃CuSb₂O₉ and Sr₃CuIr₂O₉ hints towards a high ground state degeneracy supporting the hypothesis of a quantum spin liquid ground state.