Phase diagram of correlated electron systems: spectroscopic and transport study  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61413
Type F
Principal investigator Kézsmárki, István
Title in Hungarian Korrelált elektronrendszerek fázisdiagramja: spektroszkópiai és transzport vizsgálatok
Title in English Phase diagram of correlated electron systems: spectroscopic and transport study
Keywords in Hungarian fázisátalakulás, erősen kölcsönható elektronok, fém-szigetelő átalakulás, optikai spektroszkópia
Keywords in English phase transition, strongly correlated electrons, metal-insulator transition, optical spectroscopy
Discipline
Solid-state Physics (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Physics 1
Department or equivalent Department of Physics (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date 2006-02-01
Closing date 2009-01-31
Funding (in million HUF) 5.166
FTE (full time equivalent) 1.13
state closed project
Summary in Hungarian
Korrelált elektronrendszerek fázisdiagramja: spektroszkópiai és transzport vizsgálatok

Kölcsönható elektronrendszerek fázisdiagramjában több szomszédos, egymással versengő, szimmetriasértő alapállapotot figyelhetünk meg. Ezek között külső terek alkalmazásával illetve a kristályszerkezet vagy a töltéshordozó szám csekély változtatásával fázisátalakulást indukálhatunk.
A tervezett kísérletek előterében olyan korrelált elektronrendszerek állnak (kolosszális mágneses ellenállású mangán oxidok, „pyrochlore” molibdén oxidok, …), ahol a különböző szabadsági fokok (spin, töltés és pálya) összefonódásának hatására a mágneses rendeződés fém-szigetelő átalakulással jár együtt. Az átalakulások vizsgálatát és az egyes fázisok jellemzését optikai spektroszkópiával és transzport mérésekkel, esetenként mágnesezettség méréssel végzem. A fázisok közötti átmenetet hangoló kontrol paraméter szerepét a mágneses tér, a kémiai illetve hidrosztatikus nyomás és a töltéshordozó koncentráció játsza. Az általam kifejlesztett, magas hidrosztatikus nyomásokon végzett, távoli infravörös optikai kísérletek kiváló lehetőséget biztosítanak a korrelációs effektusok hatására bekövetkező fém-szigetelő átalakulások vizsgálatára. Ezen kísérletek, a szintén nagy nyomású környezetben megvalósított termofeszültség mérésekkel együtt egyedinek számítanak. A vizsgálatokat kiváló minőségű egykristály mintákon végezem, melyek egy vezető japán laboratóriummal való együttműködésben készülnek.
Summary
Phase diagram of correlated electron systems: Spectroscopic and transport study

The phase diagram of correlated electron systems is composed of several symmetry breaking phase competing with each other. Between these states, by the application of external fields or by a tiny variation of the crystal sctructure or the carrier concentration, a phase transition can be induced.
The materials in the focus of the experiments (colossal magnetoresistance manganites, pyrochlore-type molybdates, …) show cooperative ordering of the different degrees of freedom (spin, charge and orbital). Consequently, the magnetic ordering is usually accompanied by a metal-insulator transition. The study of the transitions and the characterization of the phases will be performed by optical spectroscopy and by the measurement of transport coefficients and occasionally the magnetization. The control parameters used to drive the phase transitions are the magnetic field, the chemical and hydrostatic pressure and the carrier concentration. The high pressure setup designed for far infrared spectroscopy offers a special tool to study the mechanism of the correlation driven metal-insulator transitions. This method together with the high-pressure thermoelectric power measurement unit are my current developments and can be considered as very unique techniques. The materials used in these investigations are high quality single crystals grown in collaboration with a leading Japanese laboratory.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Kölcsönható elektronrendszerekben az erős korrelációk gyakran a különböző szabadsági fokok (spin, töltés és pálya) összecsatolódásához, együttes rendeződéséhez vezetnek. Ennek a komplexitásnak a következménye, hogy fázisdiagramjukban több szomszédos, egymással versengő, szimmetriasértő alapállapotot figyelhetünk meg. Számos anyagnál külső behatással (mágneses tér, hidrosztatikus nyomás; töltéshordozószám, rendezetlenség) a preferált alapállapot képesek voltunk megváltoztatni, miközben az egyes fázisok jellemzését termodinamikai és vezetési tulajdonságok mérésével illetve spetroszkópiai módszerekkel végeztük. -A kolosszális mágneses ellenállás mechanizmusának megértéséhez közelebb vittek mangán oxidokon végzett kísérleteink. Megmutattuk, hogy a töltés- és pályarendezett állapot fluktuációi dominálják a három szomszédos alapállapot (töltés- és pályarendezett szigetelő, spinüveg szigetelő, ferromágneses fém) fölötti paramágneses tartományt magas hőmérsékletekig. Ezek a fluktuációk határozzák meg az egyenáramú transzportot – alapvető szerepet játszva a kolosszális mágneses ellenállás mechanizmusában – és az alacsony energiás optikai vezetőképességet. -Számos frusztrált mágneses rendszernél azt tapasztaltuk, hogy a hosszútávú spin rendeződés hiánya erős fluktuációkat eredményez a töltés szektorban is. Ennek legfőbb megnyilvánulása, hogy a fémes és szigetelő állapot nem különül el élesen, a köztük lévő fázishatár egy zérus hőmérsékletű kvantum fázisátmenetre korlátozódik.
Results in English
In interacting electron systems, strong correlations often lead to the interlocking and cooperative ordering of spin, charge and orbital degrees of freedom. Due to this complexity several competing symmetry breaking ground states appear in their phase diagram. By external and internal stimuli – such as magnetic field, hydrostatic pressure; carrier concentration, disorder – we have succeeded to effectively tune the properties of such systems and change their prefered ground state while characterizing the different phases by thermodynamic, transport and optical measurements. -Our results obtained on manganites with quenched disorder contributed to the understanding of the microscopic mechanism of the colossal magnetoresistance effect. We pointed out that an extended region of the paramagnetic phase above the three neighbouring ground states (charge and orbital ordered insulator, spin glass insulator and ferromagnetic metal) is dominated by fluctuations of the charge and orbital ordered state. These fluctuations determine both the dc transport – playing fundamental role in the colossal magnetoresistance – and the behavior of the low-energy optical conductivity. -In several frustrated magnets we found that the lack of long-range spin order results in strong fluctuations in the charge sector, as well. As a most pronounced signature, the finite-temperature metal-insulator transition line is replaced by a crossover and the real transition is restricted to zero temperature.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61413
Decision
Yes





 

List of publications

  
G. Mihály, M. Csontos, S. Bordács, I. Kézsmárki, T. Wojtowitz, X. Liu, B. Jankó, and J.K. Furdyna: Anomalous Hall effect in (In,Mn)Sb dilute magnetic semiconductor, Phys. Rev. Lett. 100, 10721, 2008
I. Kézsmárki, G. Mihály, R. Gaál, N. Barisic, A. Akrap, H. Berger, L. Forró, C. Homes, and L. Mihály: Separation of orbital contributions to the optical conductivity of BaVS3, Phys. Rev. Lett. 96, 186402, 2006
I. Kézsmárki, N. Hanasaki, K. Watanabe, S. Iguchi, Y. Taguchi, S. Miyasaka, Y. Tokura: Variation of the charge dynamics in bandwidth- and filling-controlled metal-insulator transitions of pyrochlore-type molybdates, Phys. Rev. B 73, 125122, 2006
I. Kézsmárki, Y. Shimizu, G. Mihály, Y. Tokura, K. Kanoda, and G. Saito: Depressed charge gap in the triangular-lattice Mott insulator kappa-(ET)2Cu2(CN)3, Phys. Rev. B, Rapid Communications 74, 201101, 2006
I. Kézsmárki, R. Gaal, C.C. Homes, B. Sípos, H. Berger, S. Bordács, G. Mihaly, and L. Forro: High-pressure infrared spectroscopy:Tuning the low-energy excitations in correlated electron systems, Phys. Rev. B 76, 205114, 2007
I. Kézsmárki, Y. Tomioka, S. Miyasaka, L. Demkó, Y. Okimoto, and Y. Tokura: Optical phase diagram of perovskite-type colossal magnetoresistance manganites with near-half doping, Phys. Rev. B 77, 75117, 2007
N. Hanasaki, K. Watanabe, T. Ohtsuka, I. Kézsmárki, S. Iguchi, S. Miyasaka, and Y. Tokura: Nature of the transition between a ferromagnetic metal and a spin-glass insulator in pyrochlore molybdates, Phys. Rev. Lett. 99, 86401, 2007
I. Kézsmárki, and S. Bordács: An alternative of spectroscopic ellipsometry: The double-reference method, Appl. Phys. Lett. 92, 131104, 2008
L. Demko, I. Kézsmárki, G. Mihály, N. Takeshita, Y. Tomioka, Y. Tokura: Multicritical end-point of the first-order ferromagnetic transition in colossal magnetoresistive manganites, Phys. Rev. Lett. 101, 037206, 2008
N. Hanasaki, K. Sano, Y. Onose, T. Ohtsuka, S. Iguchi, I. Kézsmárki, S. Miyasaka, S. Onoda, N. Nagaosa, and Y. Tokura: Anomalous Nernst effects in pyrochlore molybdates with spin chirality, Phys. Rev. Lett. 100, 106601, 2008
N. Hosaka, H. Yamada, Y. Shimada, S. Bordács, I. Kézsmárki, J. Fujioka, M. Kawasaki, and Y. Tokura: Magneto-optical characterization on the ferromagnetic-paramagnetic transitions in the composition-spread epitaxial film of Sr1-xCaxRuO3, Appl. Phys. Express 1, 113001, 2008



Back »