Multifrequency electron spin resonance in strongly correlated metals and superconductors  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
60984
Type NK
Principal investigator Jánossy, András
Title in Hungarian Multifrekvenciás elektron spin rezonancia erősen korrelált fémekben és szupravezetőkben
Title in English Multifrequency electron spin resonance in strongly correlated metals and superconductors
Keywords in Hungarian ESR, korrelált elektronok, fémek, szupravezetők, kuprátok, szerves vezetők, fullerén vezetők
Keywords in English ESR, correlated electrons, metals, superconductors, cuprates, organic conductors, fullerene conductors
Discipline
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Physics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Fehér, Titusz
Fülöp, Ferenc
Korecz, László
Kováts, Éva
Rockenbauer, Antal
Starting date 2006-02-01
Closing date 2009-05-31
Funding (in million HUF) 29.593
FTE (full time equivalent) 6.54
state closed project
Summary in Hungarian
A pályázat néhány olyan szilárdtest elektronspin rezonancia (ESR) vizsgálatát tűzi ki célul, amelyben az elektron-elektron kölcsönhatások alapvető jelentőségűek. A megcélzott modell rendszerek (kuprátok, szerves és fullerén vegyületek) fémek, szupravezetők vagy a szupravezetőkkel kapcsolatban álló mágnesesen rendezett anyagok. A kutatócsoport nagy tapasztalattal rendelkezik a kuprát és fullerén fémek, szupravezetők és antiferromágnesek kutatásában. A szerves szupravezetők javasolt multifrekvenciás ESR vizsgálata teljesen új terület. A munka a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetemen létesített multifrekvenciás spektrométerre és az MTA Kémiai Kutatóközpont Bruker Elexsys spektrométerére alapul. Ezek a spektrométerek különleges kutatási lehetőséget nyújtanak széles frekvencia, mágneses tér és hőmérsékleti tartományban. A legmagasabb frekvenciájú csatorna (225 GHz) érzékenységét egy új kvázi-optikai híd beszerzésével tízszeresére növeljük. Ez lehetővé teszi a jó minőségű, de igen kisméretű egykristályok nagypontosságú mérését.
A kutatócsoportot tapasztalt kutatók és műszerészek, posztdoktorális kutatók és fiatal PhD hallgatók alkotják. A munka ismert magyar és külföldi laboratóriumok együttműködésére épül.
Summary
The aim of the project is an electron spin resonance (ESR) investigation of some solids in which electron-electron correlations are of fundamental importance. The materials envisaged (cuprate, organic and fullerene compounds) are metals, superconductors or magnetically ordered systems related to superconductivity. The research team has much experience in the ESR spectroscopy of cuprate and fullerene metals, superconductors and antiferromagnets. The proposed multifrequency ESR work on organic superconductors is an entirely new subject. The work is based on the multifrequency spectrometer developed at the Budapest University of Technology and Economics and a commercial spectrometer at the Chemical Research Center of the HAS. These spectrometers provide unique research possibilities in a broad frequency, magnetic field and temperature range. ESR is a powerful technique, it allows e.g. the determination of the conduction electron spin susceptibility and a study of the conduction electron spin dynamics in both the metallic and superconducting phases. The sensitivity at the highest frequency (225GHz) will be increased tenfold with installation of a new quasi optical bridge and this will allow precision studies of the minute single crystals available. The team consists of highly experienced researchers and technicians, postdocs and young graduate students. The work is a cooperation between well-known Hungarian and foreign laboratories.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projekt célja olyan szilárd testek elektron spin rezonancia vizsgálata, amelyekben az elektron-elektron korrelációk alapvetően fontosak. A vizsgált kuprát, szerves és fullerén vegyületek fémek, szupravezetők vagy a szupravezetéshez közel álló mágnesesen rendezett anyagok, amelyekben az elektron korrelációnak lényeges szerepe van. Megmértük és egy elméletet dolgoztunk ki a MgB2 szervetlen szupravezető vezetési elektron spin élettartamára, ami alapvető fizikai mennyiség. Befejeztük egy, a magas hőmérsékletű szupravezetéshez közel álló kuprát rendszer mágneses fázis diagramjának meghatározását. Az ET2Cu[N(CN)2]Cl réteges szerves gyenge ferromágnes rezonancia módusainak feltérképezésével egy régóta megfejthetetlen problémát oldottunk meg egy, a szupravezetés és mágnesség határán lévő anyagra. A Parmai Egyetem (Olaszország) és a Cambridge-i Egyetem (Nagy Britannia) kutatóival együttműködve megmutattuk, hogy a Li4C60 fullerén vegyület egy ionos vezető, amely alkalmazható lehet elektromos telepekben. Az eredményeket magas impaktú tudományos folyóiratokban közöltük. A munka két PhD tézis alapjául szolgált. Az ESR spektrumok fejlődése megújította az érdeklődést a módszer iránt. A nagy frekvenciás ESR spektrométert felújítottuk, új kvázi-optikai hidat, nagyteljesítméníű mm-hullámú forrást, mérőfejeket és egy rezgésmentes tartószerkezetet helyeztünk üzembe. Az érzékenységet egy nagyságrenddel megnöveltük.
Results in English
The aim of the project was an electron spin resonance investigation of solids in which electron-electron correlations are of fundamental importance. The cuprate, organic and fullerene compounds investigated are metals, superconductors or magnetically ordered systems related to superconductivity in which electron correlations play an essential role. We measured and proposed a theory of the conduction electron spin life time in an inorganic superconductor, MgB2. We completed work on the magnetic phase diagram of a cuprate system close to high temperature superconductivity. The mapping of the magnetic resonance modes of a layered organic weak ferromagnet, ET2Cu(N(CN)2)Cl, solved a long standing problem of a material at the borderline of magnetic order and superconductivity. We showed, in collaboration with researchers at the University of Parma (Italy) and University of Cambridge (UK) that the fullerene compound, Li4C60 is a crystalline superionic conductor with possible applications in electrical batteries. Results were published in high impact scientific journals. The work served the basis for the completion of two PhD thesis. The recent progress of high frequencies ESR spectrometers has renewed interest in the method. The high frequency ESR spectrometer has been reconstructed, a new quasi optical bridge, a powerful mm-wave source, probe heads and a vibration free supporting structure were installed. As a result the sensitivity was increased by an order of magnitude.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=60984
Decision
Yes





 

List of publications

  
Vileno B, Marcoux PR, Lekka M, Sienkiewicz A, Feher T, Forro L: Spectroscopic and photophysical properties of a highly, Advanced Functional Materials, 16 (1): 120-128, 2006
Klupp G, Matus P, Quintavalle D, Kiss LF, Kovats E, Nemes NM, Kamaras K, Pekker S, Janossy A: Phase segregation on the nanoscale in Na2C60, Phys. Rev. B 74, 195402, 2006
Simon F, Kuzmany H, Náfrádi B, Fehér T, Forró L, Fülöp F, Jánossy A, Korecz L, Rockenbauer A, Hauke F, Hirsch A: Magnetic Fullerenes inside single-wall Carbon Nanotubes, Physical Review Letters 97, 136801, 2006
Simon F, Kuzmany H, Fülöp F, Jánossy A, Bernardi J, Hauke F, Hirsch A: Magnetic Encapsulating C59N azafullerenes inside single-wall carbon nanotubes, Physica Status Solidi (b) 243 No13 3263-3267, 2006
Kuntscher CA, Frank S, Kamaras K, Klupp G, Kováts É, Pekker S, Bényei G, Jalsovszky I: Pressure-dependent infrared spectroscopy on the fullerene rotor-stator compound C-60-C8H8, Physica Status Solidi B-Basic Solid State Physics 243 (13): 2981-2984, 2006
Kovats E, Klupp G, Jakab E, Pekker Á, Kamaras K, Jalsovszky I, Pekker S: Topochemical copolymerization of fullerenes with cubane in their rotor-stator phases, Physica Status Solidi B-Basic Solid State Physics 243 (13): 2985-2989, 2006
Bortel G, Faigel G, Kovats E, Oszlányi G, Pekker S: Structural study of C-60 and C-70 cubane, Physica Status Solidi B-Basic Solid State Physics 243 (13): 2999-3003, 2006
Pekker S, Kovats E, Oszlanyi G, Bényei G, Klupp G, Bortel G, Jalsovszky I, Jakab E, Borondics F, Kamaras K, Faigel G: Rotor-stator phases of fullerenes with cubane derivatives: A novel family of heteromolecular crystals, Physica Status Solidi B-Basic Solid State Physics 243 (13): 3032-3036, 2006
Náfrádi B, Nemes NM, Fehér T, Forró L, Kim Y, Fischer JE, Luzzi DE, Simon F, Kuzmany H: Electron spin resonance of single-walled carbon nanotubes, . Phys. Stat. Sol. (b)243, 3106, 2006
Jánossy A, Nagy KL, Fehér T, Mihály L, Erb A: Search for Stripes in Lightly Hole Doped YBCO by ESR and IR Transmission, Physical Review B 75 024501, 2007
Simon F, Murányi F, Fehér T, Jánossy A, Forró L, Petrovic C, Bud'ko SL, Canfield PC:: Spin-lattice relaxation time of conduction electrons in MgB2., Phys. Rev. B 75, 024519, 2007
de Brion S, Darie C, Holzapfel M, Talbayev D, Mihály L, Simon F, Jánossy A, Chouteau G: Spin excitations in the antiferromagnet NaNiO2 ., Physical Review B 75 094402, 2007
Jánossy A, Nagy KL, Fehér T, Mihály L, Erb A: Search for Stripes in Lightly Hole Doped YBCO by ESR and IR Transmission., Physical Review B 75 024501, 2007
Quintavalle D, Simon F, Jánossy A, Klupp G, Kamarás K, Borondics F, Pekker S: The Fulleride Polymer Mg5C60., Phys. Stat. Sol. B 244, 3853-3856 (2007)., 2007
Siimon F, Quintavalle D, Jánossy A, Náfrádi B, Forró L, Kuzmany H, Hauke F, Hirsch A, Mende J, Kuzmany H: Metallic bundles of single-wall carbon nanotubes probed by electron spin resonance., Phys. Stat. Sol. B 244, 3885-3889, 2007
Quintavalle D, Simon F, Klupp G, Kiss LF, Bortel G, Pekker S, Jánossy A: Metallic behavior in the potassium-doped fullerene-cubane copolymer, Phys. Rev. B 80, 033403, 2009
Riccò M, Belli M, Mazzani M, Pontiroli D, Quintavalle D, Jánossy A, Csányi G: Superionic Conductivity in the Li4C60 Fulleride Polymer, Phys. Rev. Lett. 102, 145901, 2009
Antal A, Fehér T, Jánossy A, Tátrai-Szekeres E, Fülöp F: Spin Diffusion and Magnetic Eigenoscillations Confined to Single Molecular Layers in the Organic Conductors κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]X (X=Cl,Br), Phys. Rev. Lett. 102, 086404, 2009
Simon F, Dóra B, Murányi F, Jánossy A, Garaj S, Forró L, Bud’ko S, Petrovic C, Canfield PC: Generalized Elliott-Yafet Theory of Electron Spin Relaxation in Metals: Origin of the Anomalous Electron Spin Lifetime in MgB2, Phys. Rev. Lett. 101, 177003, 2008
Quintavalle D, Borondics F, Klupp G, Baserga B, Simon F, Jánossy A, Kamarás K, Pekker S: Structure and properties of the stable two-dimensional conducting polymer Mg5C60, Phys. Rev. B 77, 155431, 2008
Nemes NM, Garcia-Hernandez M, Szatmari Z, Feher T, Simon F, Visani C, Pena V, Miller C, Garcia-Barriocanal J, Bruno F, Sefrioul Z, Leon C, Santamaria J: Thickness dependent magnetic anisotropy of ultrathin LCMO epitaxial films, IEEE Transactions on Magnetics 44 (11), 2926-2929, 2008
Mihaly L, Feher T, Dora B, Nafradi B, Berger H, Forro L: Spin resonance in the ordered magnetic state of Ni-5(TeO3)(4)Cl-2, Phys. Rev. B. 74, 174403, 2006




 

Events of the project

  
2010-04-12 13:23:19
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Kísérleti Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem), Új kutatóhely: Fizika Tanszék (Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem).



Back »