Universität zu Köln

Zabel, Thomas (2004). Aufbau eines Tieftemperatur-Kalorimeters und kalorische Messungen an TlCuCl3 und Ca2-xSrxRuO4. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit ist ein Kalorimeter zur Messung der spezifischen Wärme und des magnetokalorischen Effektes bei Temperaturen zwischen 0.35 K und 60 K und in Magnetfeldern bis 16 Tesla aufgebaut worden. Mit dieser Apparatur wurden Messungen an TlCuCl3 und an den Vertretern Ca1.8Sr0.2RuO4 und Ca1.5Sr0.5RuO4 der Dotierungsreihe Ca2-xSrxRuO4 durchgeführt. Für TlCuCl3 wird eine Bose-Einstein-Kondensation von Magnonen beim Eintritt in eine Hochfeldphase diskutiert. Die Temperaturabhängigkeit des Übergangsfeldes soll in diesem Fall durch ein Potenzgesetz beschrieben werden. Der im Experiment ermittelte Exponent 1.91 ist jedoch deutlich größer als der theoretisch erwartete Wert von 1.5. Es ergaben sich einige Hinweise auf ein quantenkritisches Verhalten. Die Temperaturabhängigkeit des magnetokalorischen Effektes und des Grüneisenparameters entsprechen der für einen quantenkritischen Punkt gemachten Voraussage. Allerdings zeigt der magnetokalorische Effekt in der Umgebung des Übergangsfeldes keine Anzeichen für eine Divergenz. Ein möglicher Grund hierfür ist, dass die Messungen bei endlichen Temperaturen durchgeführt worden sind, während die Divergenz am Phasenübergang für den Grenzfall T =0 erwartet wird. Außerdem wurde in dieser Arbeit die Dotierungsreihe Ca2-xSrxRuO4 untersucht. Es zeigt sich eine drastische Reduzierung des Linearkoeffizienten der spezifischen Wärme durch das Magnetfeld, die sich mit der Unterdrückung magnetischer Fluktuationen erklären lässt. In Ca1.8Sr0.2RuO4 wird durch ein Magnetfeld ein metamagnetischer Übergang herbeigeführt. Bei tiefen Temperaturen tritt ein Maximum in c/T auf, dessen Lage oberhalb des metamagnetischen Übergangs mit B-Bc skaliert. Offenbar legt B-Bc in der spinpolarisierten Phase eine charakteristische Energieskala fest. Am metamagnetischen Phasenübergang ergibt sich ein sehr hoher Wert für das Wilson-Verhältnis, das vergleichbar ist mit dem in Ca1.5Sr0.5RuO4 bei kleinen Feldern.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Setup of a low temperature calorimeter and measurements on TlCuCl3 and Ca2-xSrxRuO4 English
Translated abstract:	Abstract Language A calorimeter has been built up for measurements of the specific heat and the magnetocaloric effect in the temperature range between 0.35 K and 60 K in magnetic fields up to 16 Tesla. The low temperature properties of TlCuCl3 and as well those of Ca1.8Sr0.2RuO4 and Ca1.5Sr0.5RuO4 have been studied. For TlCuCl3 a Bose-Einstein condensation of magnons is supposed when the system enters a magnetic high field phase. The temperature dependence of the transistion field in this case should follow a power law. The experimental estimated exponent 1.91 exceedes the theoreticcal predicted value of 1.5. Some evidences have been found for a quantum critical behavior. The temperature dependence of the magnetocaloric effect and the Grüneisen Parameter are in agreement with the predictions for the vicinity to a quantum critcal point. On the other hand the magnetocaloric effect does not show a divergent behavior as proposed at the transition field for T=0. Maybe the temperature in the experiment is too high to observe this effect. Moreover the specific heat of the system Ca2-xSrxRuO4 has been studied. One observes a dramatic reduction of the linear coefficient of the specific heat in an external magntic field. There has been proposed a correlation of the high specific heat at zero field and magnetic fluctuations which are supressed in a magnetic field. In Ca1.8Sr0.2RuO4 a metamagnetic transition occurs at high fields. At low temperature one finds a maximum in the specific heat and the corresponding temperature scales with B-Bc at high fields. Obviously B-Bc defines a charctericstic energy scale for the spinpolarized phase. At the metamagnetic transition the Wilson ratio reaches a very high amount which is comparable to that one of Ca1.5Sr0.5RuO4 at low fields. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Zabel, Thomas zabel@ph2.uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-12379
Date:	2004
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Physics > Institute of Physics II
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Kalorimeter, spezifische Wärme, quantenkritischer Punkt, Bose-Einstein-Kondensation, Ruthenate, Metamagnetismus, TlCuCl3, Ca2-xSrxRuO4 German calorimeter, specific heat, quantumcritical point, Bose-Einstein-Kondensation, Ruthenate, metamagnetism, TlCuCl3,Ca2-xSrxRuO4 English
Date of oral exam:	20 June 2004
Referee:	Name Academic Title Freimuth, Axel Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1237