Multikorrelierte Spin-Orbit-Systeme

In der Physik der kondensierten Materie spricht man von spin-orbit-gekoppelten Festkörpern, wenn die Spin-Bahn-Kopplung energetisch mit anderen relevanten Wechselwirkungen vergleichbar ist. Die Spin-Bahn-Kopplung ist ein relativistischer Effekt, der die Freiheitsgrade Spin (magnetisch) und Orbital (Ladung) koppelt. Sie beeinflusst die strukturellen, elektronischen und magnetischen Eigenschaften von Materialien erheblich. Sie kann die physikalischen Wechselwirkungen drastisch verändern und zu magnetischen Konfigurationen führen, die nie zuvor beobachtet wurden. All diese Gründe haben das wissenschaftliche Interesse auf Materialien gelenkt, bei denen die Spin-Bahn-Kopplung einen starken Einfluss hat. Zu den kürzlich entdeckten Materialien gehören bemerkenswerte Beispiele von 5d- Doppelperowskiten. Dabei handelt es sich um komplexe Strukturen, bei denen die magnetischen Ionen, die zur Gruppe der Übergangsmetalle des Periodensystems gehören, eine elektronische 5d-Konfiguration aufweisen. In diesen Materialien wurden exotische magnetische Ordnungen beobachtet, die gekippte magnetische Strukturen oder schwer fassbare ferromagnetische Ordnungen von magnetischen Oktupolen umfassen. Zu verstehen, wie die Spin-Bahn-Kopplung die anderen aktiven Wechselwirkungen bei der Bildung der genannten magnetischen Grundzustände aktiviert oder ihnen entgegenwirkt, stellt eine große Herausforderung dar. Die Berechnung der entsprechenden magnetischen Wechselwirkungen "ab initio" mit Hilfe von First-Principles-Rechnungen kann jedoch eine wertvolle Lösung bieten. Das folgende Projekt zielt darauf ab, das Zusammenspiel der Spin-Bahn-Kopplung mit strukturellen Effekten zu untersuchen, wenn magnetische Ionen auf benachbarten Plätzen unterschiedliche Valenzen haben. Der Schwerpunkt liegt dabei auf unberührten und chemisch dotierten 5d1-Doppelperowskiten. Wir planen, ein ab initio Schema zur Berechnung magnetischer Wechselwirkungen auf multikorrelierte Strukturen (d.h. mit unterschiedlichen Charakteren der magnetischen Ionen) zu erweitern, um die vorgeschlagenen Ziele zu erreichen. Die Forschungsarbeiten werden in der Gasteinrichtung unter der Leitung von Dr. Leonid Pourovskii am Centre de Physique Théorique der Ecole Polytechnique in Paris durchgeführt.