Local magnetic moments and their interaction in correlated systems at reduced dimensions

降维相关系统中的局部磁矩及其相互作用

基本信息

项目摘要

The primary focus of this project is the experimental study of local magnetic moments and their interactions in low-dimensional, correlated systems at surfaces and interfaces. X-ray (magnetic) dichroism is a most convenient and inherently element specific probe of local moments in such ultrathin samples since its limited probing depth matches the relevant length scales. Using XMCD, we address the intricate magnetic properties of Kondo lattices and heavy fermions by specifically observing the localized part of the correlated electron system. In the preceding period, we have largely established the methodology of disentangling the complex interplay of the key parameters which determine the many body magnetic response using magnetic x-ray spectroscopy. In any given system these include local crystal field symmetry and resulting electronic ground configuration, impurity Kondo temperature and temperature dependent valence as well as the magnitudes of the effective, partially screened paramagnetic moments and their mutual magnetic coupling. On this basis we shall now systematically extend the XMCD analysis to lower temperatures, entering the coherence regime. Besides the paramagnetic heavy fermion state a transition towards magnetic order can occur, in which case ordering of either screened or unscreened moments is possible on theoretical grounds. Here, we expect XMCD to provide direct evidence about the particular scenario obeyed by the local moments in the systems that shall be investigated – most conveniently in instances of paramagnetic and ferromagnetic ground states. These investigations will be conducted on ordered surface alloys, prepared on single crystalline substrates. Using the alloy thickness as an additional parameter we can identify modified behavior right at the alloy surface and attempt to explore the limit of two-dimensional Kondo lattices. Introducing heavy elements which provide large spin orbit coupling may induce both, an enhanced Kondo effect and an increased tendency towards (ferro-) magnetic order. We shall therefore extend our studies to ternary heavy fermion compounds to explore the consequences of enhanced spin orbit interaction and associated Rashba splitting at surfaces resp. interfaces. In collaboration with project P4, we shall additionally use XMCD techniques to characterize magnetic interface properties of oxide heterostructures. We shall particularly take advantage of most recent developments in scanning x-ray microscopy (SXM). The lateral resolution in SXM (routinely ≤ 30 nm) will be used to map out spatial variations of spectral features representing, e.g., magnetization density distributions. Phenomena such as the coexistence of superconductivity and ferromagnetism, reported for the LAO/STO interface could thus be tested for the occurrence of spatial phase separation and the associated length scales. Yet another opportunity provided by spectroscopy within a SXM is to enhance the sensitivity with respect to the interface through lateral access in fractured specimens.
该项目的主要重点是实验研究局部磁矩和它们在低维,相关系统的表面和界面的相互作用。X射线(磁)二向色性是一种最方便的和固有的元素特定的探针的局部时刻,在这样的样品,因为其有限的探测深度匹配的相关长度尺度。使用XMCD,我们解决了复杂的近藤晶格和重费米子的磁性通过专门观察相关电子系统的局部化部分。在前一时期,我们已经在很大程度上建立了使用磁x射线光谱法来解开决定多体磁响应的关键参数的复杂相互作用的方法。在任何给定的系统中,这些包括局部晶场对称性和由此产生的电子接地配置,杂质近藤温度和温度依赖价以及有效的,部分屏蔽的顺磁矩和它们的相互磁耦合的幅度。在此基础上,我们现在将系统地扩展XMCD分析到较低的温度,进入相干区。除了顺磁性重费米子状态的过渡到磁秩序可以发生,在这种情况下,无论是屏蔽或未屏蔽的时刻排序是可能的理论依据。在这里,我们期望XMCD提供直接的证据,在系统中的本地时刻,应调查的情况下,最方便的顺磁和铁磁基态的特定场景服从。这些调查将进行有序表面合金,单晶基板上制备。使用合金厚度作为附加参数,我们可以识别在合金表面的改性行为,并尝试探索二维近藤晶格的极限。引入提供大自旋轨道耦合的重元素可以诱导增强的近藤效应和增加的(铁)磁有序趋势。因此,我们将我们的研究扩展到三元重费米子化合物,以探索增强的自旋轨道相互作用和相关的Rashba分裂在表面的后果。接口。在与项目P4的合作中,我们还将使用XMCD技术来表征氧化物异质结构的磁性界面特性。我们将特别利用扫描X射线显微镜(SXM)的最新发展。SXM中的横向分辨率(通常≤ 30 nm)将用于绘制光谱特征的空间变化,例如,磁化强度分布现象,如超导性和铁磁性的共存,报告的LAO/STO接口,因此可以测试空间相分离的发生和相关的长度尺度。SXM内的光谱学提供的另一个机会是通过断裂试样中的侧向进入来增强相对于界面的灵敏度。

项目成果

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