Transportphänomene im 300 kbar Bereich

Hydrostatischer Druck, der auf Festkörper einwirkt, beeinflusst in vielfältiger Weise physikalische Eigenschaften. Dies ist leicht einzusehen, da das Volumen des Festkörpers durch Druck abnimmt. Direkt damit verbunden ist eine Veränderung elektronischer Größen und Parameter, wie z.B. die elektronische Zustandsdichte, die - als zentrale Größe der Festkörperphysik - Eigenschaften unmittelbar bestimmt. Ebenso geändert werden Wechselwirkungsstärken wie z.B. magnetische -, Kondo - oder Kristallfeldwechselwirkung. Die Veränderbarkeit des aufgebrachten Druckes gestattet es daher, physikalische Eigenschaften gezielt zu variieren. Insbesondere von Bedeutung ist dabei die Möglichkeit Phasenübergänge kontinuierlich zu ändern. Um Druck auf Festkörper einwirken zu lassen, sind aufwendige Druckapparaturen notwendig; zwei grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten wurden im Rahmen des durchgeführten Forschungsvorhabens realisiert. a) Flüssigkeitszellen: dabei wird innerhalb eines mehrlagigen dickwandigen Rohres, das beidseitig verschlossen wird, mit Hilfe einer Flüssigkeit, die als druckübertragendes Medium dient, Druck auf die eingeschlossenen Proben ausgeübt. Der Maximaldruck, der dabei realisiert wurde, liegt bei etwa 25 kbar. b) Bridgman Zellen: hier werden gegenüberliegende hochfeste Stempel (z.B. gesinterte Diamanten oder Aluminiumoxyd) gegeneinander gepresst. Dabei können wesentlich höhere Druckwerte erreicht werden. Der Nachteil liegt aber in nicht vollständig hydrostatischen Bedingungen und dem geringen Arbeitsvolumen. Der Schwerpunkt der Untersuchungen unter zu Hilfenahme solcher Druckzellen lag bei Studien an sogenannten Kondo - und Schweren Fermionensystemen. Solche intermetallische Proben sind dadurch charakterisiert, dass z.B. die freien Ladungsträger effektive Massen besitzen, die jene von freien Elektronen bis zu 3 Größenordnungen übersteigen können. Natürlich werden dadurch physikalische Eigenschaften grundlegendend beeinflusst. Trotzdem können diese Systeme mit einfachen Modellen (Fermi-Flüssigkeit) beschrieben werden, wenn alle auftretenden Wechselwirkungen in eine Erhöhung der effektiven Masse projiziert werden. In den vergangenen Jahren hat sich aber gezeigt, dass in bestimmten Fällen signifikante Abweichungen von dieser Beschreibung auftreten, insbesondere dann, wenn Phasenübergänge, gezielt oder zufälligerweise, bei einer Temperatur T = 0 auftreten. Druck ist ein wirksamer Parameter, solche Phasenübergänge gegen T = 0 zu verschieben. Phasenübergänge bei T = 0 sind sogenannte quantenkritische Punkte und erzeugen selbst weit oberhalb von T = 0 durch starke Fluktuationen beträchtliche Änderungen gegenüber dem einfachen Fermi-Flüssigkeitsbild. Von uns jüngst durchgeführte Untersuchungen haben gezeigt, dass auch bei druckinduzierten Übergängen vom Isolator zu metallischem Grundzustand ein quantenkritischer Phasenübergang auftreten kann (SmB6). Interessante Effekte wurden auch für die Druckabhängigkeit supraleitender Phasenübergänge, sowie anderer magnetischer Phasenübergänge beobachtet.