Münster 1999 – wissenschaftliches Programm
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PV: Plenarvorträge
PV VI
PV VI: Plenarvortrag
Mittwoch, 24. März 1999, 12:00–12:30, H1
Konkurrenz und Koexistenz von Kernmagnetismus und Supraleitung — •Thomas Herrmannsdörfer — Fakultät für Mathematik und Physik, Universität Bayreuth
Die Kopplungsenergien, die zu spontanen Ordnungsphänomenen in Systemen lokalisierten Spins führen, sind proportional zum Quadrat der beteiligten magnetischen Momente. In Kernspinsystemen hat dies Ordnungstemperaturen der Größendordnung µK zur Folge. Abgesehen von festem 3He, in dem ein direkter Teilchenaustausch eine stark erhöhte kernmagnetische Ordnungstemperatur (TN ≈ 1 mK) bewirkt, konnten spontane kernmagnetische Ordnungsphänomene bisher nur in speziellen Materialien mit entweder besonders ausgeprägter Hyperfeinverstärkung der Kernmomente (z.B. PrNi5, Tc = 0.4 mK), oder möglichst geringer Hyperfeinkopplung der Kernmomente an die Leitungselektronen (z.B. Kupfer, TN ≈0.06 µK) beobachtet werden. Im letzteren Fall ermöglicht die geringe Hyperfeinkopplung eine alleinige Absenkung der Kernspintemperatur sowie gegebenenfalls eine anschließende Beobachtung der kernmagnetischen Ordnung im thermodynamischen Ungleichgewicht während der kurzen Aufwärmzeit des Kernspinsystems.
Erst an der modellhaften intermetallischen Verbindung AuIn2 gelang der Nachweis einer spontanen magnetischen Ordung eines nichtverstärkten Kernspinsystems im thermodynamischen Gleichgewicht. In den entscheidenden kalorimetrischen Experimenten konnten Wärmelecks von weniger als 1 pW realisiert werden, so daß die Temperaturunterschiede zwischen den gut hyperfeinangekoppleten In-Kernspins und dem Leitungselektronensystem vernachlässigbar blieben. Anhand der Messung der komplexen Kernwechselfeldsuszeptibilität, der kernmagnetischen Wärmekapazität und schließlich auch mittels Kernspinresonanz gelang die Bestimmung der spontanen Übergangstemperatur, Tc = 37 µK, sowie weiterer charakteristischer thermodynamischer Parameter des von der indirekten Austauschwechselwirkung dominierten ferromagnetischen Phasenüberganges der In-Kernspins.
Bei einer Ausdehnung der Untersuchungen an AuIn2 auf das Wechselspiel von Kernmagnetismus und Supraleitung konnte dann erstmalig eine von Kernspins hervorgerufene Reduktion des supraleitenden kritischen Feldes im kernparamagnetischen Temperaturbereich nachgewiesen werden. Die interessantesten Ergebnisse wurden schließlich an der Phasengrenze zwischen dem kernferromagnetisch geordneten und dem supraleitenden Zustand erzielt. Neben der sprunghaften deutlichen Reduktion des supraleitenden kritischen Feldes bei der kernmagnetischen Ordnungstemperatur konnte vor allem erstmalig und anders als bei den bisher bekannten elektronischen Magneten eine Koexistenz von (Kern-) Ferromagnetismus und (Typ-I-) Supraleitung nachgewiesen werden.