Physikalische Optimierung - Physik - Universität Regensburg

KAPITEL 1. GRUNDLAGEN DER SPINGLASPHYSIK 4
mischen Bewegung. Die ferro-magnetische Ordnung des Systems verschwindet und das
Material wird paramagnetisch. Man spricht bei dieser radikalen Änderung der Stoffeigenschaften,
die hauptsächlich von magnetischem Verhalten geprägt sind, von einem
Phasenübergang. Die Spins sind statistisch in alle Richtungen verteilt; die Magnetisierung
des Systems verschwindet. Spingläser zeichnen sich nun dadurch aus, dass
Abbildung 1.3: Schematische Darstellung eines Paramagneten
sie sowohl ferromagnetische als auch anti-ferromagnetische WWen besitzen, die miteinander
konkurrieren [St93]. Es handelt sich dabei um eine neue Art der magnetischen
Ordnung. Das Spinglasverhalten wurde mittlerweile in einer Vielzahl von Metallen,
Halbleitern und Isolatoren gefunden.
1.2 Theoretische/Experimentelle Ergebnisse
1.2.1 RKKY-Wechselwirkung
Der Spinglaszustand unterscheidet sich intrinsisch von herkömmlichen magnetischen
Systemen. Bekannte Beispiele für metallische Spingläser sind Kupfer mit einer Manganbeimischung
(CuxMn1−x) und mit Eisen verunreinigtes Gold (Au1−xFex). Ein
häufig untersuchtes, isolierendes Spinglas ist Europiumsulfid (EuS), das mit nichtmagnetischen
Strontium-Ionen (Sr) magnetisch verdünnt ist (EuxSr1−xS); EuS selbst
ist ferromagnetisch. Es existieren jedoch zwei miteinander konkurrierende WWen: die
negative Kopplung zwischen benachbarten Eu-Ionen und die positive Kopplung zwischen
übernächsten Nachbarn, die dem Betrag nach halb so groß ist. Neben der Temperatur
bestimmt dann vor allem die Konzentration x das magnetische Verhalten.
Die Abbildung 1.4 zeigt ein Phasendiagramm mit einem direkten Übergang von
der paramagnetischen Phase in die Spinglas-Phase, und zwar bei einer Konzentration
x der Eu 2+ -Ionen zwischen 13% und 51%. Je nach Mischungsparameter x und Temperatur
T findet man eine ferromagnetische Phase (FM), eine paramagnetische Phase
(PM) und eine Spinglas-Phase (SG). Für x-Werte zwischen 51% und 65% kommt es bei
Erniedrigung der Temperatur zunächst zu einem Übergang von der paramagnetischen
in die ferromagnetische Phase. Infolge der konkurrierenden WW ist die ferromagnetische
Ordnung dabei zwar stark gestört, die Ausbildung des Spinglas-Zustandes tritt
aber erst bei tieferen Temperaturen ein [Ko93].
Eine theoretische Erklärung für das Entstehen der positiven und negativen magnetischen
Kopplungen liefert die RKKY-WW, benannt nach Rudermann, Kittel, Kasuya