Universität zu Köln

Steffens, Paul C. (2007). Magnetism in layered Ruthenates. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In this thesis, the magnetism of the layered Ruthenates has been studied by means of different neutron scattering techniques. Magnetic correlations in the single-layer Ruthenates of the series Ca2-xSrxRuO4 have been investigated as function of Sr-concentration (x=0.2 and 0.62), temperature and magnetic field. These inelastic neutron scattering studies demonstrate the coexistence of ferromagnetic paramagnon scattering with antiferromagnetic fluctuations at incommensurate wave vectors. The temperature dependence of the amplitudes and energies of both types of excitations indicate the proximity to magnetic instabilities; their competition seems to determine the complex behavior of these materials. In Ca1.8Sr0.2RuO4, which shows a metamagnetic transition, the ferromagnetic fluctuations are strongly suppressed at low temperature, but appear at higher temperature or application of a magnetic field. In the high-field phase of Ca1.8Sr0.2RuO4 above the metamagnetic transition, a ferromagnetic magnon dominates the excitation spectrum. Polarized neutron scattering revealed the existence of a very broad signal around the zone centre, in addition to the well-known incommensurate excitations at Q=(0.3,0.3,0) in the unconventional superconductor Sr2RuO4. With this additional contribution, it is possible to set up a general model for the Q-dependent magnetic susceptibility, which is well consistent with the results of other measurement methods that do not resolve the Q-dependence. Upon doping with Ti, the incommensurate fluctuations are enhanced, in particular near the critical concentration for the onset of magnetic order, but no divergence down to very low temperature is observed. In the bilayer Ti-doped Sr3Ru2O7, the existence of magnetic order with a propagation vector of about (1/4 ,1/4 ,0) has been discovered and characterized in detail. Above and below TN, excitations at this wave vector and another one, related to Sr3Ru2O7, have been observed. Furthermore, in a polarized neutron diffraction study, the spin density distribution of Ca3Ru2O7 has been determined.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Magnetismus in geschichteten Ruthenaten German
Translated abstract:	Abstract Language In der vorliegenden Arbeit wurde der Magnetismus der geschichteten Ruthenate mittels verschiedener Methoden der Neutronenstreuung experimentell untersucht. In der paramagnetisch metallischen Phase der einfach geschichteten Ruthenate der Serie Ca2-xSrxRuO4 wurden die magnetischen Korrelationen als Funktion des Sr-Gehalts (für x=0.2 und 0.62), der Temperatur und des magnetischen Feldes mit inelastischer Neutronenstreuung charakterisiert. Dabei zeigt sich, dass ferromagnetische Paramagnon-Streuung mit antiferromagnetischen Korrelationen bei inkommensurablen Wellenvektoren konkurriert. Beide weisen in der Temperaturabhängigkeit ihrer Amplituden und Energien Anzeichen naher magnetischer Instabilitäten auf, deren Wechselspiel das Verhalten dieser Materialien bestimmt. In Ca1.8Sr0.2RuO4, das einen metamagnetischen Übergang zeigt, ist die Paramagnon-Streuung bei tiefer Temperatur stark unterdrückt, erscheint jedoch bei Erhöhung der Temperatur oder Anlegen eines magnetischen Feldes. Die Hochfeld-Phase von Ca1.8Sr0.2RuO4 oberhalb des metamagnetischen Übergangs ist von starken ferromagnetischen Korrelationen geprägt und zeigt eine Anregung mit dem Charakter eines ferromagnetischen Magnons. Im unkonventionellen Supraleiter Sr2RuO4 konnte mittels polarisierter Neutronenstreuung nachgewiesen werden, dass zusätzlich zu den bekannten magnetischen Fluktuationen bei Q=(0.3,0.3,0) ein Signal existiert, das um den Mittelpunkt der Brillouinzone zentriert ist und eine sehr große Q-Breite besitzt. Bei Berücksichtigung dieses Beitrags ergibt sich ein Modell für die Q-abhängige magnetische Suszeptibilität, das gut mit den Ergebnissen anderer, nicht Q-auflösender Messmethoden übereinstimmt. Durch Dotierung mit Titan werden die inkommensurablen Fluktuationen in der Nähe der kritischen Konzentration des Auftretens magnetischer Ordnung verstärkt, zeigen jedoch kein divergierendes Verhalten bis zu tiefen Temperaturen. Für das doppelt geschichtete Titan-dotierte Sr3Ru2O7 wurde nachgewiesen, dass ebenfalls magnetische Ordnung induziert wird, deren Propagationsvektor etwa (1/4 ,1/4 ,0) ist; diese Ordnung wurde detailliert charakterisiert. Ober- und unterhalb der Ordnungstemperatur wurden Anregungen bei diesem Wellenvektor sowie einem weiteren, ähnlichen Vektor wie in reinem Sr3Ru2O7, beobachtet. Weiterhin wurde in einer Diffraktionsstudie mit polarisierten Neutronen die Spindichteverteilung in Ca3Ru2O7 bestimmt. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Steffens, Paul C. pstef@gmx.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-23538
Date:	2007
Language:	English
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 Ruthenate , Neutronenstreuung , Magnetismus German Ruthenate , Neutron Scattering , Magnetism English
Date of oral exam:	22 October 2007
Referee:	Name Academic Title Braden, Markus Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2353