Universität zu Köln

Kordonis, Konstantinos (2007). Wärmetransport in eindimensionalen Spinsystemen. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Es wurde der Wärmetranport an eindimensionalen Spinsystemen untersucht. Die Wärmeleitfähigkeit wurde als Funktion der Temperatur und unter dem Einfluss externer Magnetfelder an sechs unterschiedlichen Systemen der Familie der Vanadate, am Kuprat LiCu2O2 und am Nickelat Y2BaNiO5 gemessen. Die untersuchten Vanadate waren die S = 1/2-Spinleiter-Systeme CaV2O5 und MgV2O5, das S = 1/2-Dimer-System CsV2O5, das System alpha-NaV2O5, in dem ein Phasenübergang von einer Hochtemperatur-Phase mit 1/4-gefüllten Spinleitern zu einer ladungsgeordneten Tieftemperatur-Phase mit Zig-Zag-Spinketten stattfindet, das S = 1/2-Spinketten-System gamma-LiV2O5 und das System beta-Na0.33V2O5, in dem sich drei unterschiedliche Phasenübergänge (Ordnung der Natrium-Atome, Metall-Isolator-Übergang begleitet von einer Ladungsordnung der Vanadium-Atome und Übergang zur antiferromagnetischen Ordnung) ereignen. Für die Wärmeleitfähigkeitsmessungen an CaV2O5, MgV2O5 und CsV2O5 standen nur polykristalline Proben zur Verfügung. Für alle anderen Vanadate wurde an Einkristallen gemessen. Die Analyse der Messdaten, die hauptsächlich mit Hilfe des Debye- Modells für die phononische Wärmeleitfähigkeit durchgeführt wurde, ergab, dass bei allen im Rahmen dieser Arbeit untersuchten Vanadate die Wärmeleitfähigkeit hauptsächlich phononischen Ursprungs ist. Speziell bei den einkristallinen Proben ist das Hauptargument für eine größtenteils phononische Wärmeleitfähigkeit in diesen Systemen die geringe qualitative Anisotropie, die kappa entlang den unterschiedlichen Messrichtungen aufweist. Eine Magnetfeldabhängigkeit wurde nur bei der Wärmeleitfähigkeit entlang der magnetischen Richtung in beta-Na0.33V2O5 im Temperaturbereich des Maximums beobachtet, deren Ursprung ungeklärt bleibt. LiCu2O2 ist ein S = 1/2-Spinketten-System, in dem ein Phasenübergang zu einer helikalmagnetischen Ordnung stattfindet. Aufgrund der geringen qualitativen Anisotropie von kappa bei den Messungen in der Ebene der Spinketten und senkrecht dazu wurde die Wärmeleitfähigkeit von LiCu2O2 als hauptsächlich phononischen Ursprungs interpretiert. Es konnte keine Magnetfeldabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit beobachtet werden. Bei Y2BaNiO5 handelt es sich um ein Haldane-System (S = 1-Spinketten-System). Die Analyse, die mit Hilfe des Debye-Modells für die phononische Wärmeleitfähigkeit durchgeführt wurde, liefert aufgrund der ausgeprägten Anisotropie der Wärmeleitfähigkeit bei den Messungen entlang der Spinketten und senkrecht dazu den Hinweis auf einen magnetischen Beitrag zu entlang der Spinketten von Y2BaNiO5. Es wurde keine Magnetfeldabhängigkeit von beobachtet. Die berechnete Energie-Diffusionskonstante DE(T) nähert sich dem theoretischen Hochtemperaturwert bei Raumtemperatur an. Die Hauptstreuzentren für die Magnonen sind bei tiefen Temperaturen vermutlich magnetische Verunreinigungen in der gemessenen Probe.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Thermal transport in one dimensional spin-systems English
Translated abstract:	Abstract Language Thermal transport in one-dimensional spin systems has been investigated. The thermal conductivity kappa has been measured as a function of temperature and external magnetic fields in six different vanadate compounds, in the cuprate LiCu2O2 and in the nickelate Y2BaNiO5. The investigated vanadates were the S = 1/2 spin ladder systems CaV2O5 and MgV2O5, the S = 1/2 dimer system CsV2O5, the compound alpha-NaV2O5, in which a phase transition occurs from a high-temperature phase with 1/4-filled spin ladders to a charge-ordered lowtemperature phase with zig-zag spin chains, the S = 1/2 spin chain material gamma-LiV2O5 and the system beta-Na0.33V2O5, in which three different phase transitions occur (sodium atom ordering, metal-insulator transition accompanied by a charge ordering of the vanadium atoms and a transition to the antiferromagnetically ordered state). The samples of CaV2O5, MgV2O5 and CsV2O5 on which the thermal conductivity measurements were made were polycrystals. For all others vanadates kappa was measured on single crystals. The analysis of the kappa-data performed mainly using the Debye-model of phonon thermal conductivity has shown that kappa of all vanadates investigated within this work is mostly of phononic origin. The main evidence for such a phononic origin of kappa, especially for the single crystals, was the small qualitative anisotropy of the thermal conductivity found by the measurements along different crystallographic directions of the samples. A magnetic field depedence was only observed in kappa along the magnetic direction of beta-Na0.33V2O5 in the temperature range near the kappa-maximum. The origin of this magnetic field depedence of kappa remains unclear. LiCu2O2 is a S = 1/2 spin chain compound, in which a phase transition to helimagnetic order occurs. Due to the small qualitative anisotropy of the thermal conductivity, measured along and perpendicular to the plane of the spin chains, kappa was interpreted as being mainly phononic. No magnetic field depedence of kappa was observed. An exception to the above compounds is Y2BaNiO5, a Haldane-system (S = 1 spin chain compound). The analysis of the thermal conductivity (within the Debye-model) leads to an identification of a definite spin-mediated thermal conductivity kappa_s along the chain direction. The calculated spin-related energy diffusion constant DE(T) shows a broad peak around 120 K. Close to room temperature, DE(T) approaches the theoretically predicted hightemperature value, while scattering of spin excitations by magnetic impurities seems to be the major limiting factor of kappa_s at low temperatures. No magnetic field depedence of kappa was observed. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Kordonis, Konstantinos kordonis@ph2.uni-koeln.de, Tel.: 0221-414714 UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-20155
Date:	2007
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 Wärmetransport , Wärmeleitfähigkeit , Vanadate , LiCu2O2 , Y2BaNiO5 German Thermal transport , Thermal conductivity , Vanadates , LiCu2O2 , Y2BaNiO5 English
Date of oral exam:	8 February 2007
Referee:	Name Academic Title Freimuth, Axel Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2015