Frustration und Ordnung

Frustration nennt man die Situation, wenn Spins aufgrund von Geometrie oder konkurrierender magnetischer Wechselwirkungen nicht alle paarweisen Wechselwirkungen gleichzeitig erfüllen können. Die Folge ist eine hochgradige Entartung des magnetischen Grundzustandes mit einer stark erniedrigten magnetischen Ordnungstemperatur. Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit Infrarotspektroskopie die temperatur- und magnetfeldabhängige Gitterdynamik sieben verschiedener Chromspinelle (ZnCr2O4, CdCr2O4, ZnCr2S4, ZnCr2Se4, HgCr2S4, CdCr2S4, HgCr2Se4) untersucht. Eine starke Kopplung zwischen Spin und Phonon führt dabei nicht nur zu einem Aufspalten von Phononenmoden, sondern auch zu Verschiebungen von Eigenfrequenzen aufgrund magnetischer Wechselwirkungen. In den antiferromagnetisch ordnenden Systemen führt der sogenannte Spin-Jahn-Teller-Effekt zu einer leichten Verzerrung des Gitters, er löst die Frustration und ermöglicht eine langreichweitige, meist exotische magnetische Ordnung. Die Verringerung der Gittersymmetrie führt zu einem neuen Satz infrarot-aktiver Phononenmoden, die in dieser Arbeit mit Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie detailliert und systematisch untersucht wurden. In ZnCr2Se4 konnte in beeindruckender Weise gezeigt werden, wie in einem externen Feld ein Spin-Jahn-TellerÜbergang und das damit verbundene Aufspalten einer Phononenmode unterdrückt werden kann.