Die Elektronenspinresonanz (ESR) untersucht die im quasistatischen Magnetfeld resonante Absorption eines an die Probe angelegten Mikrowellenmagnetfeldes. Es wurde das System Yb1-w A1-w (Rh1-x Cox)2 (Si1-y Gey) 2 mit A=La, bzw. Lu, sowie das System YbIr2Si2 mittels ESR untersucht. Unter Kondo-Wechselwirkung vieler Leitungselektronen mit einem lokalen 4f-Moment des Kondo-Ions bildet sich ein nicht-magnetisches Grundzustands-Singlett, was zur Abschirmung des magnetischen Moments führt. YbRh2Si2 ist das erste Schwere-Fermionen-System mit Kondo-Ionen, das ohne Dotierung zusätzlicher ESR-Sonden ein ESR-Signal unterhalb der Kondo-Temperatur aufweist. Es zeigt sich, dass das ESR-Signal nicht mittels gängiger ESR-Theorien konsistent beschrieben werden kann. Die Messungen, die im Rahmen dieser Arbeit angestellt wurden, flossen in die Entwicklung von weiterführenden Theorien (z.B. [1], [2]) ein. Die Temperaturabhängigkeit des ESR-g-Faktors konnte damit erfolgreich beschrieben werden, womit erstmals der Nachweis einer Kondo-Wechselwirkung in Kondo-Gitter-Systemen mittels ESR gelang. Ferner konnte die Bedeutung von ferromagnetischen Fluktuationen für eine kleine, beobachtbare Linienbreite beschrieben werden. Der ESR-Methode ist somit die Kondo-Spindynamik direkt zugänglich. Dieser Zugang ist neu und einzigartig, denn andere Methoden (NMR, inelastische Neutronenstreuung) charakterisieren die Kondo-Spindynamik auf indirekte Weise. [1] P. Wölfle und E. Abrahams. Phenomenology of esr in heavy-fermion systems: Fermi-liquid und nicht-fermi-liquid regimes Phys. Rev. B, 80(23): 235112, 2009. [2] B. I. Kochelaev, S. I. Belov, A. M. Skvortsova, A. S. Kutusov, J. Sichelschmidt, J. Wykhoff, C. Geibel und F. Steglich. Why could electron spin resonance be observed in a heavy fermion kondo lattice? Eur. Phys. J. B, 72(4): 485, 2009.

Die Legierungsserie CeFeAs1−xPxO bietet die Möglichkeit, eine außergewöhnliche Vielfalt unterschiedlicher Grundzustände mit starken Korrelationen der 3d- und der 4f-Elektronen zu untersuchen. CeFePO ist an der Grenze zwischen einem paramagnetischen und einem ferromagnetischen Ce-Zustand und zeigt starke 4f-Korrelationen, die zu Schwere-Fermionen-Verhalten führen, während Fe unmagnetisch ist. Im Gegensatz dazu sind die Eigenschaften von CeFeAsO durch die 3d-Korrelationen des Fe dominiert, die zu antiferromagnetischer Ordnung unterhalb von T_N(Fe) = 145K führen, während sich Ce in einem stabilen dreiwertigen Zustand befindet und unterhalb von T_N(Ce) = 3.7K ebenfalls antiferromagnetisch ordnet. Man erwartet deshalb mindestens zwei kritische Punkte, an denen die magnetische Ordnung unterdrückt wird. Hier sollte insbesondere geklärt werden, ob bei diesen kritischen Konzentrationen Quantenphasenübergänge auftreten, bei denen die Ordnungstemperatur zu T = 0K verschoben ist und in denen die Ursache von Nicht-Fermi-Flüssigkeitsverhalten und unkonventioneller Supraleitung gesehen wird. Grundlage für die Untersuchungen war zunächst die Züchtung qualitativ hochwertiger Einkristalle hinreichender Größe, was im Rahmen dieser Arbeit erstmalig gelungen ist. Hierzu wurde eine Sn-Flux Methode optimiert, mit der plättchenförmige Einkristalle mit Abmessungen von typischerweise 1mm x 1mm x 0.1mm und Massen bis 0.6mg erhalten werden konnten. Zur Bestimmung struktureller Parameter kamen Röntgenbeugung, energiedispersive Röntgenspektroskopie und chemische Analyse zum Einsatz. Physikalische Eigenschaften wurden vor allem durch Messungen der Spezifischen Wärmekapazität, der Magnetisierung und des elektrischen Widerstandes im Temperaturbereich T = 0.35 − 300K untersucht. Die antiferromagnetische Ordnung von Fe in CeFeAsO ist mit einer orthorhombischen Verzerrung verbunden, die bei einer etwas höheren Temperatur von T_0 = 151K stattfindet. Diese Phasenübergänge sind von besonderem Interesse, da ihre Unterdrückung zur Ausbildung von Hochtemperatur-Supraleitung in den Eisenpniktiden führt, ihr Wechselspiel aber nicht vollständig verstanden ist. Sie unterteilen die Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes ρ(T) von CeFeAsO in zwei Bereiche. In der paramagnetischen tetragonalen Phase nimmt ρ(T) beim Abkühlen von Raumtemperatur aus bislang ungeklärter Ursache zunächst leicht zu. Erst mit Einsetzen der orthorhombischen Verzerrung bei T_0 kehrt sich die Temperaturabhängigkeit um und ρ(T) nimmt mit sinkender Temperatur ab, wobei die Abnahme bei T_N(Fe) nochmals stärker wird und bis zu tiefsten Temperaturen metallisches Verhalten beobachtet wird. Dass sich CeFeAsO somit nicht unmittelbar an der Grenze zu einem Mott-Isolator befindet, wie es in Anlehnung an die Kuprat-Supraleiter zunächst vermutet wurde, und Restwiderstandsverhältnisse von RRR > 10 überhaupt möglich sind, konnte im Rahmen dieser Arbeit erstmalig gezeigt werden. Durch sorgfältige Untersuchung des Temperaturunter- schiedes zwischen T_N(Fe) und T_0 und dem Vergleich mit dotierten und undotierten AFe2As2-Verbindungen konnte ein vereinheitlichtes Bild der Ausgangsverbindungen aller Fe-basierten Supraleiter geschaffen werden. In diesem tritt im Temperaturbereich T_N(Fe) < T < T_0 eine elektronische nematische Phase hervor, deren Existenzbereich durch die magnetische Kopplung entlang der kristallographischen c-Achse und deren Defektabhängigkeit bestimmt ist. Wie alle Substitutionen in RFeAsO-Verbindungen führt die Ersetzung von As durch P auch in CeFeAs1−xPxO zu einer Verringerung von T_N(Fe). Ein quantenkritischer Punkt mit T_N(Fe) --> 0K ist jedoch unwahrscheinlich, da ab einer kritischen Konzentration von x = 0.30 die Signatur der Eisen-Ordnung in ρ(T) zwar merklich schwächer wird, T_N(Fe) ≈ 40K bei weiterer Erhöhung von x aber nicht mehr zu tieferen Temperaturen schiebt. In Proben mit der kritischen Konzentration von x = 0.30 - und nur in diesem Konzentrationsbereich - konnte reproduzierbar ein verschwindender elektrischer Widerstand und damit ein Hinweis auf Supraleitung mit einer Sprungtemperatur von T_SL= 4K gefunden werden. Im Gegensatz zur ’Dom-förmigen’ Abhängigkeit der Sprungtemperatur von der Konzentration eines Fremdatoms in den Phasendiagrammen anderer Fe-basierter Supraleiter nimmt jedoch T_SL in CeFeAs1−xPxO bei weiterer Erhöhung von x nicht zu. Stattdessen wird bei x > 0.30 ein ferromagnetisch geordneter Grundzustand (des Ce) stabilisiert, der mit Supraleitung konkurriert. Die antiferromagnetische Ordnung von Cer in undotiertem CeFeAsO weist typische Merkmale magnetischer Ordnung lokaler Momente auf und impliziert eine Dominanz der RKKY-Wechselwirkung gegenüber einem schwachen Kondo-Effekt. Die Ersetzung von As durch P wirkt als chemischer Druck und stabilisiert somit den unmagnetischen Valenzzustand Ce4+. Trotzdem ist die Ce-Ordnung bei kleinen P-Konzentrationen - im Gegensatz zur Fe- Ordnung - nahezu unverändert vom Verhalten in undotiertem CeFeAsO. Bei der kritischen Konzentration von x = 0.30 tritt überraschend ein plötzlicher Übergang von antiferromagnetischer zu ferromagnetischer Ordnung mit einer Curie-Temperatur von T_C(Ce) = 4K auf, der offensichtlich mit der Unterdrückung der Fe-Ordnung korreliert ist und nicht nur aus einem reinen Volumeneffekt resultiert. Als mögliche Ursache wird eine Umstrukturierung der Fermi-Fläche bei Unterdrückung der Fe-Ordnung betrachtet, die zu einem Vorzeichenwechsel der Austauschkopplung J_ij bei RKKY-Wechselwirkung führt. Bei hohen Phosphor-Konzentrationen sinkt T_C(Ce) und geht bei x = 0.90 von ferromagnetischer zur antiferromagnetischer Ordnung über, wie es bei Annäherung an einen quantenkritischen Punkt bereits in einer Vielzahl ferromagnetischer Systeme beobachtet wurde. In stöchiometrischem CeFePO wurde magnetisch kurzreichweitige Ordnung und Spin-Glas-Verhalten mit einer charakteristischen Temperatur von T_SG= 0.75K gefunden. Der Unterschied zur früher gemachten Beobachtung eines paramagnetischen Grundzustandes resultiert einzig aus Variationen bei der Synthese und ist in strukturellen Parametern nicht nachweisbar - eine für Schwere- Fermionen-Systeme typische Sensitivität! Der zweite kritische Punkt, an dem die Ce-Ordnung verschwinden sollte, liegt also nicht wie zu Beginn erwartet bei hohen P-Konzentrationen, sondern in stöchiometrischem CeFePO. Eine Wärmebehandlung von CeFePO bei T ∼ 800◦C kann zur gezielten Manipulation des Grundzustandes genutzt werden und hat zur Ausbildung von logarithmischer Divergenz der spezifischen Wärmekapazität C/T und damit einem ersten direkten Hinweis auf Quantenkritikalität geführt.

CeCu_2Si_2 was the first heavy-fermion compound showing signatures of bulk superconductivity (T_c = 0.5 K). Further observations have put in evidence the correlations between superconductivity, magnetic order, Kondo physics, and quantum critical phenomena. In spite of the interest generated, a systematic study of such correlations was hampered by strong sample dependences. Fortunately, the inherent complexity associated to the stoichiometric composition has been recently understood. The availability of single-crystals with well-defined properties has thus reignited the interest in CeCu_2Si_2 as a window to novel phenomena, such as unconventional superconductivity. The present work summarizes the results of my doctoral research. It exemplifies the importance not only of high-quality materials, but also of suitable experimental techniques. A first step in this project involved the design of angle-dependent techniques in the milli-kelvin range, namely: electrical resistivity and thermal conductivity. It comprised the development of a rotational stage, the construction of sample holders, and the implementation of controlling and measuring components. In the second part of the project, electrical- and thermal-transport measurements on CeCu_2Si_2 were performed. Power-law behavior below T_c in the thermal conductivity suggests the presence of lines of nodes in the gap function. Also, the non-vanishing extrapolated residual terms (k_00/T ) support the presence of a residual density of states. The nodes are broadened by potential scattering, which appears to be significant in CeCu_2Si_2. The scattering hinders the determination of the symmetry of the order parameter and might be responsible for the observed isotropic angle dependence of the thermal conductivity. In contrast, angle-dependent measurements of the upper critical field exhibit a four-folded behavior, which also points towards the presence of nodes. By comparing with a weak-coupling model including the effects of Pauli limiting and anisotropic Fermi velocity, the results point towards a d_xy-wave symmetry of the order parameter. Such results represent the first angle-dependent measurements supporting a d-wave symmetry in CeCu_2Si_2.

1979 wurde mit CeCu2Si2 erstmalig ein Schwere-Fermionen-Supraleiter entdeckt. Diese Verbindung, entdeckt von Steglich und Mitarbeitern, befindet sich nahe an einem quantenkritischen Punkt, an dem die magnetische Ordnung gerade unterdrückt wird. Der Abstand zu diesem Punkt kann sowohl durch Druck als auch durch Germaniumsubstitution auf dem Siliziumplatz variiert werden. Dabei treten neben der Supraleitung in CeCu2Si2 auch verschiedene magnetische Phasen bei höherem Germaniumgehalt auf. CeCu2Si2 ordnet magnetisch unterhalb von TN = 0.8 K in einer Spindichtewelle, während das Schwere-Fermionen-System CeCu2Ge2 unterhalb von TN = 4.1 K antiferromagnetisch ordnet. In dieser Arbeit wurde die Substitutionsreihe CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronendiffraktion untersucht. Ausgehend von Proben mit hohem Germaniumgehalt von x = 0.45, deren magnetische Struktur detailliert untersucht wurde, wurden schrittweise die Eigenschaften von Proben mit kleinerem x erschlossen, um schließlich die (bis dato unbekannte) magnetische Struktur in CeCu2Si2 aufzuklären. Weiterhin wurden Untersuchungen zumWechselspiel zwischenMagnetismus und Supraleitung durchgeführt. Hierzu wurde mit einem selbstentwickelten Aufbau dieWechselfeldsuszeptibilität simultan zu den Diffraktionsexperimenten aufgezeichnet. Durch die direkte Korrelation konnte nachgewiesen werden, dass in CeCu2Si2 keine mikroskopische Koexistenz von Supraleitung und magnetischer Ordnung vorliegt, sondern mikroskopische Phasenseparation. - Die Arbeit ist auch über den Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen mit der ISBN 978-3-86727-587-3 erhältlich. / In 1979 the first heavy-fermion superconductor CeCu2Si2 was discovered by Steglich et al. The system is near a quantum critical point (QCP), where the magnetic order is just suppressed. The distance to the QCP can be variied with hydrostatic pressure as well as by germanium substitution on the silicon site. Next to the superconductivity in CeCu2Si2 one finds distinct magnetic phases while increasing the germanium content. CeCu2Si2 shows a magnetic order of a spin-density-type below TN = 0.8 K, whereas the heavy fermion system CeCu2Ge2 orders below TN = 4.1 K as an antiferromagnet. The focus of this thesis is on neutron-diffraction in the system CeCu2(Si1-xGex)2. Starting with a sample with a high germanium content of x = 0.45, the magnetic structures are investigated in detail. Following a step-by-step approach, samples with reduced x are investigated subsequently to figure out the properties of pure CeCu2Si2, which were not accessible before. Furthermore, the complex interaction between magnetism and superconductivity is investigated in detail. Using a specially designed setup, the ac-susceptibility could be recorded simultaneously during the neutron diffraction experiments. Due to the direct correlation between antiferromagnetic signals and diamagnetic features, the microscopic coexistence of superconductivity and magnetic order can be ruled out. Instead, a phase separation on the microscopic scale is found. - The thesis is also available from the publisher Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen under the ISBN 978-3-86727-587-3.

Hard-core bosons are versatile and useful in describing several physical systems due to their one-to-one mapping with spin-1/2 operators. We propose two frameworks where hard-core boson mapping not only reduces the complexity of the original problem, but also captures important features of the physics of the original system that would have implied high-computational procedures with not much profound insight in the mechanisms behind its behavior. The first case study comprising part i is an approach to the description of the phases 2D Lattice Gauge Theories, the Quantum 6-Vertex Model and the Quantum Dimer Model using one fluctuating electric string as an 1D precursor of the whole 2D systems[HAMS19]. Both models and consequently the string are described by the Rokhsar-Kivelson Hamiltonian with parameter v measuring the competition of potential versus kinetic terms. The string can be mapped one-to-one onto a 1D system of hard-core bosons that can be solved exactly for the Quantum 6-Vertex Model, and offers footprints of the phase diagram of the Quantum Dimer Model in the region close to the Rokhsar-Kivelson point v = 1, especially when |v| ≤ 1. The second case study we have discussed in part ii is an extension of higher-dimensional bosonization techniques in Landau Fermi liquids to the case of nodal semimetals where the Fermi surface shrinks to a point, so the description of particle-hole interactions as fluctuations of the Fermi surface is not available [MS20]. Additionaly, we focus our analysis on the Q = 0 sector where the electron and the hole have opposite momenta ±k, so they are mapped into a hard-core boson located at a site k in the reciprocal lattice. To test our extension we calculate nonperturbative corrections to the optical conductivity of 2D Dirac fermions with electron-electron interactins described as a Coulomb potential, obtaining results consistent to the literature and the experimental reports where corrections are small even in strong coupling regimes. Part iii discusses further ideas derived from parts i and ii, including a brief discussion on addressing the weak coupling instability in bilayer graphene using the bosonization extension that offers a picture of hard-core bosons describing Q = 0 excitons that undergo a Bose-Einstein condensation resulting in a ground state adiabatically disconnected from the noninteracting case.:1 Introduction 1 1.1 Quantum link models and fluctuating electric strings 2 1.2 Bosonization of Particle-hole excitations in 2D Dirac fermions 7 1.3 Structure of the document 11 i. Quantum link models and fluctuating electric strings 2. A Brief Introduction to Lattice Gauge Theories 15 2.1 Continuous formulation of U(1) gauge theories 15 2.1.1 Gauge field equations 16 2.1.2 Gauss’ law as generator of the gauge transformations 18 2.2 U(1) gauge theories on a lattice 19 2.2.1 Gauge field Hamiltonian 20 2.2.2 Cylindrical algebra from LGT 20 2.2.3 Generator of gauge transformations 21 2.3 Abelian Quantum Link Model 22 2.3.1 Quantum Link Models (QLMs) with S = 1 / 2 23 2.3.2 ’t Hooft operators and winding number sectors 24 2.3.3 Construction of the QLM Hamiltonian 26 2.4 Conclusions 28 3. Electric string in Q6VM as a XXZ chain 29 3.1 Realization of the Q6VM in the S = 1 / 2 QLM 31 3.2 Mapping the electric string to the XXZ chain 32 3.3 Phases of the electric string from the XXZ chain 33 3.3.1 v > 1: FM insulator 34 3.3.2 v = 1: RK point 36 3.3.3 −1 < v < 1: Gapless phase 36 3.3.4 v ≤ −1: KT transition and AFM insulator 37 3.4 Numerical approach: Drude Weight and system size effects 38 3.5 Summary and Discussion 40 4. Electric line in the QDM as a hard-core boson two-leg ladder 41 4.1 Realization of the QDM in the S = 1/ 2 QLM 42 4.2 Construction of an electric string in the QDM 43 4.3 Mapping the electric string in QDM to a two-leg ladder 45 4.3.1 QLM in a triangular lattice 45 4.3.2 From the triangular lattice to the two-leg ladder 45 4.3.3 Construction of the 1D bosonic Hamiltonian 46 4.4 Phases of the electric string from the bosonic two-leg ladder 48 4.4.1 Left Hand Side (LHS) of the Rokhsar-Kivelson (RK) point: Charge Density Wave (CDW) states 48 4.4.2 Right Hand Side (RHS) of the RK point: phase-separated states 50 4.5 Numerical approach: Drude Weight and system size effects 51 4.6 Summary and Discussion 52 ii Bosonization of particle-hole excitations in 2D Dirac fermions 5 Graphene in a nutshell 57 5.1 Origin of the hexagonal structure 57 5.1.1 Hybrid orbitals in C 58 5.1.2 Honeycomb lattice 60 5.2 Tight-binding approach 61 5.2.1 Hopping and overlapping matrices in Nearest Neighbor (NN) approximation 62 5.2.2 Dispersion relation for π electrons 62 5.3 Effective 2D Dirac Fermion Hamiltonian 64 5.4 Electron-electron interactions 65 6 Bosonization of the Q = 0 continuum of Dirac Fermions 67 6.1 Effective Hamiltonian and Hilbert space 69 6.2 Effective Heisenberg Hamiltonian 70 6.3 Quadratic Bosonic Hamiltonian 71 6.4 Connection to diagramatic perturbation theory 73 6.5 Parametrization of the reciprocal space 74 6.5.1 Coordinate transformation 74 6.5.2 Polar parametrization 75 6.5.3 Angular momentum channels 75 6.6 Discussion and Summary 76 7 Non-perturbative corrections to the Optical Conductivity of 2D Dirac Fermions 77 7.1 Optical Conductivity 79 7.1.1 Bosonized current operator and susceptibility 79 7.1.2 Susceptibility in terms of the eigenstates 80 7.1.3 Regularization of the Lehman representation 81 7.2 Numerical approach: IR regularization and system size effects 82 7.2.1 Discretization size dependence 82 7.2.2 Dependence on the IR cutoff 83 7.2.3 Comparison of numerical results with corrections from first order perturbation theory 84 7.2.4 Optical conductivity for several coupling constants 85 7.3 Discussion and Summary 86 iii Weak coupling instability, New Perspectives & Conclusions 8 Weak coupling instability in bilayer graphene from a bosonization picture 91 8.1 Band structure of Bernal-stacked bilayer graphene 92 8.2 Generalization of the effective Hamiltonian of graphene 93 8.2.1 Density of states in monolayer and bilayer graphene 94 8.2.2 Projection onto Q = 0 sector and effective Heisenberg pseudospin Hamiltonian 95 8.2.3 Zeeman vortex coordinates and HCB operators 95 8.2.4 Bogoliubov-Valatin basis 97 8.3 Interaction potentials 97 8.4 BCS instability in pseudospin picture 99 8.5 Numerical procedure 101 8.5.1 Numerical BCS instability 101 8.5.2 Functional form of the instability 101 8.5.3 Comparison to the instability from BCS theory 105 8.6 Conclusions 105 9 Conclusions 107 iv Appendices A. Yang & Yang’s expressions of ground state energy of XXZ Chain using Bethe Ansatz 115 A.1 Bethe Ansatz 115 A.2 Explicit formulas for f ( ∆, 0 ) 116 B. Kadanoff-Baym (KB) self-consistent Hartree-Fock (SCHF) approximation 119 B.1 Details of connection to perturbation theory 119 B.1.1 Bare and dressed fermion propagators 119 B.1.2 Bethe-Salpeter ladder 120 B.1.3 Particle-hole propagator and comparison to HP boson propagator 121 C, Optical Conductivity from Pseudospin precession 123 C.1 Minimal coupling and band (electron-hole) basis 123 C.2 Equations of motion of charge and pseudospin densities 124 C.3 Optical Conductivity from Fermi-Dirac distributions at finite temperature 124 D. Momentum space reparametrization 127 D.1 General coordinate transformations on the continuum limit 127 D.2 Polar re-discretization 129 D.3 Angular momentum channels 130 D.4 Selection of the radial parametrization 130 Bibliography 133

In dieser Arbeit werden quantenkritische Phänomene der ferromagnetisch stark korrelierten Schwere-Fermionen-Systeme YbRh2Si2, YbNi4P2 und CeFePO untersucht. Hierzu sind Messungen des elektrischen Widerstands und der AC-Suszeptibilität durchgeführt worden. Das System YbRh2Si2 besitzt einen antiferromagnetischen Phasenübergang bei TN = 0.07 K. Die Verletzung des Wiedemann-Franz-Gesetzes an seinem Magnetfeld-induzierten quantenkritischen Punkt kann indirekt durch neue Widerstandsmessungen bestätigt werden. Mit den Substitutionen Yb(Rh1-xCox)2Si2, Yb(Rh1-yIry)2Si2 und Yb1-zLazRh2Si2 kann die Übergangstemperatur erhöht oder erniedrigt werden. Dadurch lässt sich sowohl ein weiterer quantenkritischer Punkt erreichen als auch das Verhältnis zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Korrelationen einstellen. Das durch chemische Substitution erzeugte magnetische Phasendiagramm wird detailliert untersucht. Es wird gezeigt, dass die zunehmenden ferromagnetischen Fluktuationen mit steigender Cobalt-Konzentration zu einem ferromagnetischen Phasenübergang bei x = 0.27 führen. Die magnetischen Momente ordnen entlang der magnetisch harten c-Richtung. Das neue Schwere-Fermionen-System YbNi4P2 besitzt einen, im Rahmen dieser Arbeit entdeckten, ferromagnetischen Phasenübergang bei der erstaunlich niedrigen Curie-Temperatur TC = 0.17 K. Es werden weiterführende Messungen an Einkristallen durchgeführt, die zeigen, dass die Momente senkrecht zur magnetisch weichen c-Richtung ordnen. Erste Hinweise auf einen Magnetfeld-induzierten ferromagnetischen quantenkritischen Punkt werden gefunden. Das Schwere-Fermionen-System CeFePO befindet sich in der Nähe einer ferromagnetischen Instabilität, die durch Arsen-Substitution auf dem Phosphor-Platz erreicht werden kann. Bisher ging man davon aus, dass CeFePO selbst paramagnetisch ist. In dieser Arbeit wird eine Anomalie bei T ~ 0.7 K in kürzlich hergestellten Proben als kurzreichweitige Ordnung identifiziert. Es kann gezeigt werden, dass es sich damit um eine neuartige Art und Weise handelt, wie ein ferromagnetischer quantenkritischer Punkt umgangen wird.

In der vorliegenden Arbeit wurden vor allem das Auftreten und der Mechanismus von feldinduzierten Übergängen und der damit verbundenen kritischen Felder untersucht. Die verwendete Magnetisierungsmessmethode ist auf die bestehende Impulsfeldanlage des IFW Dresden abgestimmt. Die Magnetisierung in Feldern bis zu 48 T wurde gemessen. Erstmals wurde für Sm2Fe17N3 der Anisotropiekoeffizient aus der Kombination der Messung des Austauschfeldes mittels inelastischer Neutronenstreuung und der Messung der Anisotropiekonstanten K1 am gleichen Material bestimmt. Für den führenden Anisotropiekoeffizienten konnte mit K1 von rund 13 MJ/m³ der Wert A20&amp;lt;r²&amp;gt; = -28 meV bestimmt werden. Der in SmCo2,5Cu2,5 und SmCo2Cu3 beobachtete Hochfeldübergang konnte mit der Mikrostruktur verknüpft werden. Die laminare Mikrostruktur bestehend aus Phasen mit unterschiedlichem Sm-Anteil ist eine notwendige Bedingung für das Auftreten des Übergangs. Das Koerzitivfeld steigt mit dem Kupfergehalt und erreicht bei tiefen Temperaturen sehr hohe Werte. Das Koerzitivfeld und das Übergangsfeld zeigen eine große magnetische Viskosität. In DyFe6Al6 wird das Verschwinden der spontanen Magnetisierung bei tiefen Temperaturen durch starke antiferromagnetische Kopplungen verursacht. Durch ein feldinduziertes magnetisches Moment an einem ungeordneten Kristallgitterplatz könnte der magnetische Übergang bei tiefen Temperaturen erklärt werden. An hexagonalem DyMn6Ge6 wurde erstmals der Temperaturverlauf des Übergangsfeldes zur gekanteten antiferromagnetischen Struktur gemessen. Oberhalb von 100 K ruft das angelegte Feld den Übergang von der helimagnetischen zu einer Fächerstruktur hervor. Bei tiefen Temperaturen tritt ein Spinflop-Übergang auf, der durch die magnetische Anisotropie des Dysprosiumions unterstützt wird. Bei magnetokalorischen Materialien zeigt sich eine Abhängigkeit der gemessenen Magnetisierung von der Feldänderungsrate. Dies lässt sich qualitativ auf die Messbedingungen zurückführen: So herrschen bei Impulsfeldmessungen adiabatische Bedingungen, während bei statischen Messungen isotherme Verhältnisse vorliegen. Neben herkömmlichen magnetischen Verbindungen wurden auch stark korrelierte Elektronensysteme untersucht. Der gefundene Magnetisierungsübergang bei 43 T in CeNi2Ge2 lässt sich auf das Unterdrücken des Kondoeffekts und das Aufbrechen der antiferromagnetischen Struktur zurückführen. Darüber hinaus wurden Magnetisierungsmessungen an Hochtemperatursupraleitern durchgeführt. Die Messungen im Impulsfeld sind ein Beitrag zur Bestimmung des Phasendiagramms von schmelztexturiertem YBa2Cu3O7-d. Das Irreversibilitätsfeld Hirr konnte an massiven Proben bis zu tiefen Temperaturen bestimmt werden. Hirr(T) zeigt einen unerwarteten linearen Anstieg bis zu tiefen Temperaturen. Aufgrund der hohen Feldänderungsraten und großen Unterschiede von Ummagnetisierungsprozessen in magnetischen Materialien gibt es derzeit keine einheitliche Beschreibung der magnetischen Viskosität für Feldänderungsraten im Bereich von 0,001 bis zu 1000 T/s. Durch die Messung im Impulsfeld konnte die Größenordnung der magnetischen Viskosität in nanokristallinem Bariumferrit bestimmt werden. Magnetisierungsmessungen im Impulsfeld stellen sowohl durch das hohe Magnetfeld als auch aufgrund der hohen bzw. variierenden Feldänderungsrate ein sehr nützliches Instrument zur Untersuchung feld- und zeitabhängiger Eigenschaften von Festkörpern dar. / In this work, the occurrence and the mechanism of field induced transitions and the related critical fields were investigated. The way of measuring the magnetisation was designed for the existing pulsed field device of the IFW Dresden. The magnetisation was measured in fields up to 48 T. For the first time, the anisotropy coefficient of Sm2Fe17N3 was obtained in the combined measurement of the exchange field via inelastic neutron scattering and the measurement of the anisotropy constant K1 for the same material. For the leading anisotropy coefficient, a value of A20&amp;lt;r²&amp;gt; = -28 meV was found using K1 of about 13 MJ/m³. It was shown that the observed high field transition in SmCo2.5Cu2.5 and SmCo2Cu3 is connected with the microstructure. The laminar microstructure consisting of phases with different Sm-content is a necessary precondition for the occurrence of the transition. The coercivity increases with the Cu-content and reaches high values at low temperature. The coercivity and the transition field show big magnetic viscosity. In DyFe6Al6, the disappearance of the spontaneous magnetisation at low temperature is caused by a strong antiferromagnetic coupling. The magnetic transition at low temperature could be explained by a field induced magnetic moment on a disordered crystal site. For the hexagonal DyMn6Ge6, the temperature dependence of the transition field towards the canted antiferromagnetic structure was measured for the first time. Above 100 K, the applied field causes the transition from the helimagnetic to the fan structure. At low temperature, a spin flop transition occurs, which is supported by the magnetic anisotropy of the Dy-ion. The magnetisation of magnetocaloric materials exhibits a dependence of the field changing rate. This can be explained qualitatively by the measurement condition: The pulsed field measurement is adiabatic, whereas during static measurements, the condition is isothermal. Besides common magnetic compounds, highly correlated electron systems were also investigated. The magnetic transition at 43 T in CeNi2Ge2 can be explained by the suppression of the Kondo effect and the breaking up of the antiferromagnetic structure. Furthermore, magnetisation of high temperature superconductors was measured. The measurements in the pulsed field are a contribution to the determination of the phase diagram of melt textured YBa2Cu3O7-d. The irreversibility field Hirr was measured for bulk samples down to low temperature. Hirr(T) shows an unexpected linear increase down to low temperature. Because of the high field-changing rates and the big differences of magnetisation processes in magnetic materials, there is no uniform description of the magnetic viscosity for field changing rates in the magnitude from 0,001 up to 1000 T/s. By the measurement in the pulsed field, the magnitude of the magnetic viscosity of nanocrystalline barium ferrite was determined. Magnetisation measurement in pulsed fields is a very useful instrument to investigate field and time dependent properties of solids due to their high magnetic field and their high and varying field changing rate.

In der vorliegenden Arbeit wurden vor allem das Auftreten und der Mechanismus von feldinduzierten Übergängen und der damit verbundenen kritischen Felder untersucht. Die verwendete Magnetisierungsmessmethode ist auf die bestehende Impulsfeldanlage des IFW Dresden abgestimmt. Die Magnetisierung in Feldern bis zu 48 T wurde gemessen. Erstmals wurde für Sm2Fe17N3 der Anisotropiekoeffizient aus der Kombination der Messung des Austauschfeldes mittels inelastischer Neutronenstreuung und der Messung der Anisotropiekonstanten K1 am gleichen Material bestimmt. Für den führenden Anisotropiekoeffizienten konnte mit K1 von rund 13 MJ/m³ der Wert A20&amp;lt;r²&amp;gt; = -28 meV bestimmt werden. Der in SmCo2,5Cu2,5 und SmCo2Cu3 beobachtete Hochfeldübergang konnte mit der Mikrostruktur verknüpft werden. Die laminare Mikrostruktur bestehend aus Phasen mit unterschiedlichem Sm-Anteil ist eine notwendige Bedingung für das Auftreten des Übergangs. Das Koerzitivfeld steigt mit dem Kupfergehalt und erreicht bei tiefen Temperaturen sehr hohe Werte. Das Koerzitivfeld und das Übergangsfeld zeigen eine große magnetische Viskosität. In DyFe6Al6 wird das Verschwinden der spontanen Magnetisierung bei tiefen Temperaturen durch starke antiferromagnetische Kopplungen verursacht. Durch ein feldinduziertes magnetisches Moment an einem ungeordneten Kristallgitterplatz könnte der magnetische Übergang bei tiefen Temperaturen erklärt werden. An hexagonalem DyMn6Ge6 wurde erstmals der Temperaturverlauf des Übergangsfeldes zur gekanteten antiferromagnetischen Struktur gemessen. Oberhalb von 100 K ruft das angelegte Feld den Übergang von der helimagnetischen zu einer Fächerstruktur hervor. Bei tiefen Temperaturen tritt ein Spinflop-Übergang auf, der durch die magnetische Anisotropie des Dysprosiumions unterstützt wird. Bei magnetokalorischen Materialien zeigt sich eine Abhängigkeit der gemessenen Magnetisierung von der Feldänderungsrate. Dies lässt sich qualitativ auf die Messbedingungen zurückführen: So herrschen bei Impulsfeldmessungen adiabatische Bedingungen, während bei statischen Messungen isotherme Verhältnisse vorliegen. Neben herkömmlichen magnetischen Verbindungen wurden auch stark korrelierte Elektronensysteme untersucht. Der gefundene Magnetisierungsübergang bei 43 T in CeNi2Ge2 lässt sich auf das Unterdrücken des Kondoeffekts und das Aufbrechen der antiferromagnetischen Struktur zurückführen. Darüber hinaus wurden Magnetisierungsmessungen an Hochtemperatursupraleitern durchgeführt. Die Messungen im Impulsfeld sind ein Beitrag zur Bestimmung des Phasendiagramms von schmelztexturiertem YBa2Cu3O7-d. Das Irreversibilitätsfeld Hirr konnte an massiven Proben bis zu tiefen Temperaturen bestimmt werden. Hirr(T) zeigt einen unerwarteten linearen Anstieg bis zu tiefen Temperaturen. Aufgrund der hohen Feldänderungsraten und großen Unterschiede von Ummagnetisierungsprozessen in magnetischen Materialien gibt es derzeit keine einheitliche Beschreibung der magnetischen Viskosität für Feldänderungsraten im Bereich von 0,001 bis zu 1000 T/s. Durch die Messung im Impulsfeld konnte die Größenordnung der magnetischen Viskosität in nanokristallinem Bariumferrit bestimmt werden. Magnetisierungsmessungen im Impulsfeld stellen sowohl durch das hohe Magnetfeld als auch aufgrund der hohen bzw. variierenden Feldänderungsrate ein sehr nützliches Instrument zur Untersuchung feld- und zeitabhängiger Eigenschaften von Festkörpern dar. / In this work, the occurrence and the mechanism of field induced transitions and the related critical fields were investigated. The way of measuring the magnetisation was designed for the existing pulsed field device of the IFW Dresden. The magnetisation was measured in fields up to 48 T. For the first time, the anisotropy coefficient of Sm2Fe17N3 was obtained in the combined measurement of the exchange field via inelastic neutron scattering and the measurement of the anisotropy constant K1 for the same material. For the leading anisotropy coefficient, a value of A20&amp;lt;r²&amp;gt; = -28 meV was found using K1 of about 13 MJ/m³. It was shown that the observed high field transition in SmCo2.5Cu2.5 and SmCo2Cu3 is connected with the microstructure. The laminar microstructure consisting of phases with different Sm-content is a necessary precondition for the occurrence of the transition. The coercivity increases with the Cu-content and reaches high values at low temperature. The coercivity and the transition field show big magnetic viscosity. In DyFe6Al6, the disappearance of the spontaneous magnetisation at low temperature is caused by a strong antiferromagnetic coupling. The magnetic transition at low temperature could be explained by a field induced magnetic moment on a disordered crystal site. For the hexagonal DyMn6Ge6, the temperature dependence of the transition field towards the canted antiferromagnetic structure was measured for the first time. Above 100 K, the applied field causes the transition from the helimagnetic to the fan structure. At low temperature, a spin flop transition occurs, which is supported by the magnetic anisotropy of the Dy-ion. The magnetisation of magnetocaloric materials exhibits a dependence of the field changing rate. This can be explained qualitatively by the measurement condition: The pulsed field measurement is adiabatic, whereas during static measurements, the condition is isothermal. Besides common magnetic compounds, highly correlated electron systems were also investigated. The magnetic transition at 43 T in CeNi2Ge2 can be explained by the suppression of the Kondo effect and the breaking up of the antiferromagnetic structure. Furthermore, magnetisation of high temperature superconductors was measured. The measurements in the pulsed field are a contribution to the determination of the phase diagram of melt textured YBa2Cu3O7-d. The irreversibility field Hirr was measured for bulk samples down to low temperature. Hirr(T) shows an unexpected linear increase down to low temperature. Because of the high field-changing rates and the big differences of magnetisation processes in magnetic materials, there is no uniform description of the magnetic viscosity for field changing rates in the magnitude from 0,001 up to 1000 T/s. By the measurement in the pulsed field, the magnitude of the magnetic viscosity of nanocrystalline barium ferrite was determined. Magnetisation measurement in pulsed fields is a very useful instrument to investigate field and time dependent properties of solids due to their high magnetic field and their high and varying field changing rate.

In dieser Arbeit werden Gross-Neveu Modelle mit einer endlichen Anzahl von Fermiontypen auf einem zweidimensionalen Euklidischen Raumzeitgitter betrachtet. Modelle dieses Typs sind asymptotisch frei und invariant unter einer chiralen Symmetrie. Aufgrund dieser Gemeinsamkeiten mit QCD sind sie sehr gut geeignet als Testumgebungen für Fermionwirkungen die in großangelegten Gitter-QCD-Rechnungen benutzt werden. Das Schrödinger Funktional für die Gross-Neveu Modelle wird definiert für Wilson und Ginsparg-Wilson Fermionen. In 1-Schleifenstörungstheorie wird seine Renormierbarkeit gezeigt. Die Vier-Fermionwechselwirkungen der Gross-Neveu Modelle habe dimensionslose Kopplungskonstanten in zwei Dimensionen. Die Symmetrieeigenschaften der Vier-Fermionwechselwirkungen und deren Beziehungen untereinander werden diskutiert. Im Fall von Wilson Fermionen ist die chirale Symmetrie explizit gebrochen und zusätzliche Terme müssen in die Wirkung aufgenommen werden. Die chirale Symmetrie wird durch das Einstellen der nackten Masse und einer der Kopplungen bis auf Cut-off-Effekte wiederhergestellt. Die kritische Masse und die symmetriewiederherstellende Kopplung werden bis zur zweiten Ordnung in Gitterstörungstheorie berechnet. Dieses Resultat wird in der 1-Schleifenberechnung der renormierten Kopplungen und der zugehörigen Betafunktionen benutzt. Die renormierten Kopplungen werden definiert mit Hilfe von geeignete Rand-Rand-Korrelatoren. Die Rechnung reproduziert die bekannten führenden Koeffizienten der Betafunktionen. Eine der Kopplungen hat eine verschwindende Betafunktion. Die Rechnung wird mit dem vor kurzem vorgeschlagenen Schrödinger Funktional mit exakter chiraler Symmetrie, also Ginsparg Wilson Fermionen, wiederholt. Es werden die gleichen Divergenzen gefunden, wie im Fall von Wilson Fermionen. Unter Benutzung des regularisierungsabhängigen, endlichen Teils der renormierten Kopplungen werden die Verhältnisse der Lambda-Parameter bestimmt. / Gross-Neveu type models with a finite number of fermion flavours are studied on a two-dimensional Euclidean space-time lattice. The models are asymptotically free and are invariant under a chiral symmetry. These similarities to QCD make them perfect benchmark systems for fermion actions used in large scale lattice QCD computations. The Schrödinger functional for the Gross-Neveu models is defined for both, Wilson and Ginsparg-Wilson fermions, and shown to be renormalisable in 1-loop lattice perturbation theory. In two dimensions four fermion interactions of the Gross-Neveu models have dimensionless coupling constants. The symmetry properties of the four fermion interaction terms and the relations among them are discussed. For Wilson fermions chiral symmetry is explicitly broken and additional terms must be included in the action. Chiral symmetry is restored up to cut-off effects by tuning the bare mass and one of the couplings. The critical mass and the symmetry restoring coupling are computed to second order in lattice perturbation theory. This result is used in the 1-loop computation of the renormalised couplings and the associated beta-functions. The renormalised couplings are defined in terms of suitable boundary-to-boundary correlation functions. In the computation the known first order coefficients of the beta-functions are reproduced. One of the couplings is found to have a vanishing beta-function. The calculation is repeated for the recently proposed Schrödinger functional with exact chiral symmetry, i.e. Ginsparg-Wilson fermions. The renormalisation pattern is found to be the same as in the Wilson case. Using the regularisation dependent finite part of the renormalised couplings, the ratio of the Lambda-parameters is computed.

Die Betrachtung von Schwere-Fermionen-Systemen stellt ein wichtiges Themengebiet im Bereich der Festkörperphysik dar. Das Verhalten von Schwere-Fermionen-Systemen wird durch die starken Korrelationen der magnetischen Momente der ungepaarten Spins der f-Elektronen bestimmt. Experimentell zugängliche Messgrößen sind dadurch bei tiefen Temperaturen stark erhöht, so dass sich diese Systeme besonders gut zur Untersuchung von Grundzustandseigenschaften eignen. Zentrales Thema dieser Arbeit ist die Untersuchung zweier intermetallischer Seltenerd-Verbindungen in Bezug auf Quantenphasenübergänge. Diese treten am absoluten Nullpunkt der Temperatur als Funktion eines anderen Parameters wie Magnetfeld, Druck oder chemischer Substitution auf und sind bei endlicher Temperatur durch Abweichungen physikalischer Messgrößen von der durch L. D. Landau aufgestellten Theorie der Fermi-Flüssigkeiten nachzuweisen. Zu diesem Zweck wurden Tieftemperaturexperimente bis hinab zu 20mK und in Magnetfeldern bis zu 18T durchgeführt. Es wurden elektrischer Widerstand, magnetische Wechselfeldsuszeptibilität, Magnetostriktion und thermische Ausdehnung gemessen. / The investigation of heavy-fermion systems marks an important subject in the research field of solid state physics. The behaviour of heavy-fermion systems is dominated by the strong correlations of the magnetic moments of the unpaired f-electron spins. At low temperatures, experimentally accessible variables are strongly enhanced so that these systems are especially suited to analyse ground state properties. The central topic of this thesis is the investigation of two intermetallic rare-earth compounds with regard to quantum phase transitions. The latter occur at zero temperature as a function of parameters such as magnetic field, pressure or chemical substitution. They are traceable at finite temperature due to deviations of physical variables from the theory of Fermi liquids established by L. D. Landau. For this purpose, low-temperature experiments were performed down to 20mK and in magnetic fields up to 18T. Electrical resistivity, magnetic ac susceptibility, magnetostriction and thermal expansion were measured.