Forschung im HLRN-Verbund 2011

183T[K]150100500.0AFM corr.SC0.2T*0.4 0.6doping xFM corr.A-typeAFM0.81.0x = 0.30 x = 0.40 x = 0.50 x = 0.601.41.4M1.30.61.3Γ1.2K1.11.21.00.50.91.31.40.80.71.30.61.21.20.5x = 0.67 x = 0.70 x = 0.80 x = 0.90x = 0.30 x = 0.40 x = 0.50 x = 0.608.03.02.06.02.51.81.64.02.01.42.01.51.22.05.01.54.01.53.01.01.02.00.50.51.0x = 0.67 x = 0.70 x = 0.80 x = 0.901.51.41.31.21.61.20.80.41.41.21.00.80.63.02.01.0Abbildung 1: Links: Skizziertes experimentelles Phasendiagramm des Natriumkobaltat-Systems (SC markiert einesupraleitende Phase). Rechts: q-abhängige Gittersuszeptibilitäten für verschiedene Dotierungen,dargestellt in der 1. Brillouin-Zone des unterliegenden Dreieckgitters. Rechts oben ist die Ladungssuszeptibilitätχ c (q, T) und rechts unten die Spinsuszeptibilität χ s (q, T), jeweils bei T =386 K, dargestellt.gnetische Tendenzen, also gleichgerichtete Spins,im Festkörper hin.Für das Na x CoO 2 -System mit großem technologischenPotential haben wir mit numerischsehr aufwendigen Rechnungen, basierendauf Slave-Boson-Techniken und Quanten-Monte-Carlo-Verfahren, den Magnetismus untersucht[2][3]. Wie die Abbildung zeigt, weist diesesSystem in seinem Phasendiagramm Bereichemit unterschiedlichem magnetischen Verhaltenauf. Die Berechnung der dotierungsabängigenSpin- und Ladungssuszeptibilitäten erforderte denEinsatz von bis zu 1024 Prozessorkernen. Temperaturscansfür festes x dauerten auf 512 Kernenknapp zwei Wochen. Damit konnte der Umschlagvon antiferromagnetischen (AFM) zu ferromagnetischen(FM) Spinkorrelationen auf demCoO 2 -Dreiecksgitter im Einklang mit dem Experimentnachgewiesen werden. In der gezeigtenAbbildung ist dies an der Wanderung des Intensitätsmaximumsder Spinsuszeptibilität vom K-Punkt zum Γ-Punkt nachzuvollziehen. Desweiterenkonnten wir auch die Tendenz zu einer kagoméartigenLadungsordnung anhand der M-Punkt-Intensität der Ladungssuszeptibilität bei x∼0.67auf die Vielteilchenkorrelationen in einem effektivenEinband-Hubbard-Modell zurückführen. Indiese Rechnungen gingen sogenannte Vertex-Beiträge ein, die bisher in fast allen Studien zu solchenFragestellungen vernachlässigt wurden. Wirkonnten die Wichtigkeit dieser Terme für das konkretekorrelierte Natriumkobaltat-System nachweisenund damit einen essentiellen Schritt in derallgemeinen Modellierung von solchen komplexenSystemen tätigen.Mehr zum Thema1. A. K. Khajetoorians, B. Chilian, J. Wiebe, S.Schuwalow, F. Lechermann and R. Wiesendanger:Detecting excitation and magnetization ofindividual dopants in a semiconductor, Nature467, 1084 (2010).2. C. Piefke, L. Boehnke, A. Georges and F.Lechermann: Considerable nonlocal electroniccorrelations in strongly doped Na x CoO 2 , Phys.Rev. B 82, 165118 (2010).3. L. Boehnke and F. Lechermann: Lattice Spinand Charge Susceptibilities for Na x CoO 2 includingVertex Contributions, arXiv:1012.5943.FörderungDFG-Forschergruppe FOR 1346” DynamicalMean-Field Approach with Predictive Power forStrongly Correlated Materials“; Projektförderungam HLRN mit bis zu 1024 parallel genutztenCPU-KernenPhysik