Die magnetischen Eigenschaften von Li2CuO2 sind seit mehr als zwei Jahrzehnten Gegenstand theoretischen und experimentellen Interesses. Über die genaue Natur der magnetischen Wechselwirkungen in diesem Isolator konnte jedoch keine Einigkeit erzielt werden. Während das Material von Seiten theoretischer Untersuchungen als quasi-eindimensionaler Magnet mit starken ferromagnetischen Kopplungen entlang der Kette verstanden wurde, legten experimentelle Studien dominierende dreidimensionale Zwischenkettenkopplungen nahe.
Im Rahmen dieser Dissertation werden auf der Grundlage von Untersuchungen des magnetischen Anregungsspektrums mittels inelastischer Neutronenstreuung und dessen Analyse innerhalb eines Spinwellenmodels die führenden magnetischen Wechselwirkungen in Li2CuO2 bestimmt. Es wird zweifelsfrei nachgewiesen, dass das Material eine quasi-eindimensionale Spinkettenverbindung darstellt. Insbesondere kann die Konkurrenz von ferro- und antiferromagnetischen Wechselwirkungen entlang der Ketten nachgewiesen werden. Die Anwendbarkeit einer Spinwellenanalyse dieses niedrigdimensionalen Spin-1=2 Systems wird gezeigt. Das magnetische Phasendiagramm wird mittels Messungen von spezifischer Wärme, thermischer Ausdehnung und Magnetostriktion sowie der Magnetisierung in statischen und gepulsten Magnetfeldern untersucht und im Bezug auf die Austauschwechselwirkungen diskutiert. Aufgrund seiner einfachen kristallographischen und magnetischen Struktur stellt Li2CuO2 ein potentiell wertvolles Modellsystem in der Klasse der Spinkettenverbindungen mit konkurrierenden ferro- und antiferromagnetischen Wechselwirkungen dar. / The magnetic properties of Li2CuO2 have attracted interest since more than two decades, both in theory and experiment. Despite these efforts, the precise nature of the magnetic interactions in this insulator remained an issue of controversial debate. From theoretical studies, the compound was understood as a quasi-one-dimensional magnet with strong ferromagnetic interactions along the chain, while in contrast, experimentally studies suggested dominant three-dimensional inter-chain interactions.
In this thesis, the leading magnetic exchange interactions of Li2CuO2 are determined on the basis of a detailed inelastic neutron scattering study of the magnetic excitation spectrum, analyzed within spin-wave theory. It is unequivocally shown, that the material represents a quasi-one-dimensional spin-chain compound. In particular, the competition of ferro- and antiferromagnetic interactions in the chain has been evidenced. The applicability of a spin-wave model for analysis of this low-dimensional spin-1=2 system is shown. The magnetic phase diagram of Li2CuO2 is studied by specific heat, thermal expansion and magnetostriction measurements as well as magnetization measurements in both static and pulsed magnetic fifields. The phase diagram is discussed with respect to the exchange interactions. With its simple crystallographic and magnetic structure, Li2CuO2 may serve as a worthwhile model system in the class of spin-chain compounds with competing ferromagnetic and antiferromagnetic interactions.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:14-qucosa-71010 |
| Date | 19 July 2011 |
| Creators | Lorenz, Wolfram |
| Contributors | Technische Universität Dresden, Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften, Prof. Dr. rer. nat. habil. Bernd Büchner, Prof. Dr. rer. nat. habil. Bernd Büchner, Prof. Dr. rer. nat. Rüdiger Klingeler |
| Publisher | Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
Page generated in 0.0035 seconds