Korrelierte Cluster in Mott-Isolatoren mit GaMo4S8-Struktur

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Materialien mit hoch korrelierten Elektronen sind eine der größten Herausforderungen der modernen Festkörperforschung. Durch Wechselwirkungen zwischen den Elektronen treten in diesen Stoffen ungewöhnliche physikalische Phänomene auf, darunter Hochtemperatursupraleitung, Riesenmagnetwiderstand, schwere Fermionen, Metall-Isolator-Übergänge und vielfältige magnetische Effekte. Obwohl Systeme mit korrelierten Elektronen erst teilweise verstanden sind, gelten sie heute als Grundlage einer zukünftigen Spin-basierenden Elektronik („Spintronik“). In einem klassischen Mott-Isolator wie La2CuO4 unterdrücken Korrelationseffekte die elektrische Leitfähigkeit. Nur wenig elektrischer Strom kann durch „Hüpfen“ der Elektronen zwischen den Cu-Atomen fließen. Doch durch eine geringe Änderung der Elektronenzahl entsteht aus La2CuO4 der Hochtemperatursupraleiter La0,8Sr0,2CuO4. In unserem Projekt erforschen wir eine neue Klasse von Mott-Isolatoren. In Verbindungen mit GaMo4S8-Struktur „hüpfen“ die Elektronen erstmals nicht zwischen einzelnen Atomen, sondern zwischen kleinen Gruppen gebundener Atome (Cluster aus z. B. Mo- Atomen). Wir haben herausgefunden, dass die Veränderung der Elektronenzahlen in Verbindungen mit Clustern aus Niob- und Molybdän-Atomen zu einer unerwarteten Verringerung der magnetischen Momente führt. Die Ursache dafür könnte eine Übertragung von Elektronen zwischen benachbarten Clustern sein. Derartiges wurde in Clusterverbindungen noch nie beobachtet, so dass die Aufklärung dieses Phänomens einen wesentlichen Fortschritt zum Verständnis korrelierter Materialien verspricht.