Hidrosztatikus nyomással kiváltott elektronszerkezeti változások szilárd testekben
Title in English
Hydrostatic pressure induced changes in the electronic structure of solids
Keywords in Hungarian
fém-szigetelő fázisátalakulás, mágneses félvezetők
Keywords in English
metal-insulator transition, magnetic semiconductors
Discipline
Physics (Council of Physical Sciences)
100 %
Panel
Physics 1
Department or equivalent
Department of Physics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants
Csonka, Szabolcs Csontos, Miklós Demkó, László Halbritter, András Kézsmárki, István
Starting date
2006-02-01
Closing date
2010-01-31
Funding (in million HUF)
12.800
FTE (full time equivalent)
6.21
state
closed project
Summary in Hungarian
A szilárd testek elektromos és mágneses tulajdonságait az alkotó atomok elektron-hullámfüggvényeinek átfedése, a lehetséges elektronállapotok közti korrelációk, valamint az elektronrendszer és a kristályszerkezet kölcsönhatásai határozzák meg.
A pályázat célkitűzése fázisátalakuláshoz közeli rendszerek paramétereinek finom hangolása hidrosztatikus nyomás alkalmazásával, és az egyes fázisok jellemzése nyomás alatt végzett elektromos és mágneses mérésekkel. A vizsgálandó anyagok olyan d-elektron rendszerek, melyekben a spin- és pályaeffektusok fontos szerepet játszanak, valamint híg mágneses félvezetők, ahol a mágneses csatolást a töltéshordozó lyukak közvetítik.
A nyomás elsődleges hatása az átfedési integrálok módosítása, különösen az általunk vizsgált rendszerek irányított pályái esetén. Ennek az egyik alapvető következménye a korrelált elektronrendszerek nyomás által indukált fém-szigetelő átmenete. Nyomás hatására erősödik a mágneses félvezetők lokalizált momentumai közti csatolás, így a nyomás függvényében végzett kísérletek egyedülálló lehetőséget biztosítanak a ferromágneses fázis kialakulásának megértéséhez.
A fenti jelenségeket a magnetotranszport tulajdonságok és a Hall effektus széles hőmérséklet-tartományban, nagy mágneses terekben (14T-ig) és nagy nyomásokon (3 Gpa-ig) történő mérésével vizsgáljuk. A pályázat keretében építendő MOKE berendezés a nyomás alatti mágnesezettség mérések unikális lehetőségét biztosítja extrém nagy mágneses terekig.
Summary
The electrical and the magnetic properties of solids are determined by the overlap of the atomic wave functions, the correlations between the possible electron states and the interaction between the electron system and the underlying lattice.
The aim of the project is to fine tune the above microscopic parameters by application of hydrostatic pressure in materials that are in the vicinity of a phase transition, and to characterize the various phases by transport and magnetic measurements. The materials to be studied are d-electron systems where spin and orbital effects are of importance, and magnetic semiconductors where the magnetic coupling is mediated by charge carrying holes.
The primary effect of the pressure is the modification of the wave function overlap, especially in case of the oriented orbitals characteristic to the materials studied in the project. A basic consequence is the pressure induced insulator-metal transition. The application of pressure also enhances the coupling between the localized moments in magnetic semiconductors, and thus supplies unique opportunities to study the development of ferromagnetism in these systems.
We intend to investigate the above phenomena by magnetotransport and Hall effect measurements performed in a wide range of temperatures, magnetic fields and pressures (up to3 Gpa). We will develop a MOKE detecting system, which will provide a unique facility for high-field magnetization measurements under pressure.
Final report
Results in Hungarian
A pályázat célkitűzése volt fázisátalakuláshoz közeli rendszerek paramétereinek finom hangolása hidrosztatikus nyomás alkalmazásával, valamint az egyes fázisok jellemzése nyomás alatt végzett elektromos és mágneses mérésekkel.
A nyomás elsődleges hatása az átfedési integrálok módosítása, különösen az általunk vizsgált rendszerek irányított pályái esetén. Ennek az egyik alapvető következménye a korrelált elektronrendszerek nyomás által indukált fém-szigetelő átmenete. Ezt a jelenségkört a BaVS3 d-elektron rendszerén, valamint kolosszális mágneses ellenállást mutatató manganátokban tanulmányoztuk.
Nyomás hatására erősödik a mágneses félvezetők lokalizált momentumai közti csatolás, így a nyomás függvényében végzett kísérletek egyedülálló lehetőséget biztosítottak a ferromágneses fázis kialakulásának megértéséhez. A nagy mágneses terű mágnesezettség mérésekhez épített, magnetooptikai Kerr-effektuson alapuló mérőrendszerrel a mágnesezettséget 10-200 nm vastagságú rétegeken is nagy pontossággal meg tudtuk határozni. Az anomális Hall jel és a mágnesezettség között kísérletileg kimutatott skálatörvénnyel igazoltuk, hogy az anomális Hall jel térfüggése a mágnesesen felhasadt sávok eltolódásától származik.
Az eredményeket 10 tudományos közleményben publikáltuk, összesített impakt-faktoruk: 41.770.
A publikációk pdf formában letölthetők erről az internet címről: http://dept.phy.bme.hu/K62441
Results in English
The aim of the project was to fine tune the microscopic parameters by application of hydrostatic pressure in materials that are in the vicinity of a phase transition, and to characterize the various phases by transport and magnetic measurements.
The primary effect of the pressure is the modification of the wave function overlap, especially in case of the oriented orbitals characteristic to the materials studied in the project. A basic consequence is the pressure induced insulator-metal transition. We have investigated this phenomenon in the d- electron system of BaVS3, as well as in various manganates exhibiting colossal magnetoresistance (CMR).
The application of pressure enhances the coupling between the localized moments in magnetic semiconductors, and thus supplied unique opportunities to study the development of ferromagnetism in these systems. In order to determine the magnetization of 10-200 nm thin (In,Mn)Sb films we have developed a sensitive MOKE technique (magnetooptical Kerr effect). We have established a scaling relation between the anomalous Hall effect (AHE) and the magnetization, and demonstrated that the field dependence of the AHE is due to the shift of the magnetically split bands.
The results were published in 10 papers, the cumulative impact factor of 41.770. The publications can be downloaded from http://dept.phy.bme.hu/K62441
I. Kézsmárki, G. Mihály, R. Gaál, N. Barisic, A. Akrap, H. Berger, L. Forró, C.C. Homes and L. Mihály: Separation of orbital contributions to the optical conductivity in BaVS3, Phys. Rev. Lett. 96, 186402, 2006
I. Kézsmárki, Y. Shimizu, G. Mihály, Y. Tokura, K. Kanoda and G. Saito: Depressed charge gap in the triangular lattice Mott insulator k-(ET)2Cu2(CN)3, Phys. Rev. B 74, 201101, 2006
P. Fazekas, N. Barisic, I. Kézsmárki, L. Demkó, H. Berger, L. Forró, G. Mihály: Magnetic-field-induced transition in BaVS3, Phys. Rev. B 75, 035128, 2007
P. Fazekas, K. Pencz, K. Radnóczi, N. Barisic, H. Berger, L. Forro, S. Mitrovic, A . Gauzzi, L. Demkó, I. Kézsmárki, and G. Mihály: The electronic structure and the phases of BaVS3, J. Magn. Magn. Mater., 310, 928, 2007
I. Kézsmárki, R. Gaál, C.C. Homes, B. Sipos, H. Berger, S. Bord'cs, G. Mihály and L. Forró: High-pressure infrared spectroscopy - Tuning of the low-energy excitations in correlated electron systems, Phys. Rev. B 76, 205114, 2007
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, 37206 , 2008
G. Mihály, M. Csontos, S. Bordács, I. Kézsmarki, T. Wojtowicz, X. Liu, B. Jankó, J. K. Furdyna: Anomalous Hall effect in (In,Mn)Sb dilute magnetic semiconductor, Phys. Rev. Lett. 100, 107201, 2008
I. Kézsmárki, S. Bordács: New type of ellipsometry in infrared spectroscopy: The double-reference method, Appl. Phys. Lett. 93, 131104, 2008
I. Kézsmarki, 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, 751171, 2008
L. Demko, I. Kézsmárki, M. Csontos, S. Bordács, and G. Mihály: Improved thermal relaxation method for the simultaneous measurement of the specific heat and thermal conductivity, European Journal of Physics, DOI: 10.1140/epjb/e2010-00055-0, 2010
