Thin film and bulk growth of heavy fermion compounds and their transport properties

Abstract

This thesis deals with the growth of strongly correlated intermetallic compounds by state of the art MBE. The thin film geometry enables measurements that cannot be performed on bulk metallic samples, such as terahertz time-domain transmission spectroscopy. For YbRh2Si2 the goal was to perfect the growth and gain new insights into its intriguing quantum critical behavior.The growth parameters were optimized for highest sample quality, e.g. phase purity, closeness to perfect 1:2:2 stoichiometry, and strange metal behavior in the electrical resistivity at low temperatures.The best samples were chosen to address the long--standing question whether singular charge fluctuations underlie the unconventional quantum criticality in YbRh2Si2, which was indeed found to be the case.The first feasibility studies were undertaken to pave the way for the growth of Ce3Bi4Pd3 thin films by MBE.To test the (early) hypothesis that CeRu4Sn6 is a topological Kondo insulator, thickness-dependent electrical resistivity measurements were performed. The results are rather consistent with CeRu4Sn6 being a (possibly topological) semimetal.

Diese Arbeit befasst sich mit dem Wachstum von stark korrelierten intermetallischen Verbindungen mittels modernster Molekularstrahlepitaxie. Die Dünnschichtgeometrie ermöglicht Messungen, die an massiven Metallproben nicht durchgeführt werden können, wie zum Beispiel Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie im Transmissionsmodus. Bei YbRh2Si2 bestand das Ziel darin, das Wachstum zu perfektionieren und neue Einblicke in sein faszinierendes quantenkritisches Verhalten zu gewinnen.Die Wachstumsparameter wurden für höchste Probenqualität optimiert, zum Beipsiel Phasenreinheit, Annäherung an die perfekte 1:2:2-Stöchiometrie und "strange metal" Verhalten im elektrischen Widerstand bei niedrigen Temperaturen.Die besten Proben wurden ausgewählt, um der seit langem bestehenden Frage nachzugehen, ob singuläre Ladungsfluktuationen der unkonventionellen Quantenkritikalität in YbRh2Si2 zugrunde liegen, was tatsächlich der Fall war.Die ersten Machbarkeitsstudien wurden im Rahmen der Dissertation durchgeführt, um den Weg für das Wachstum von Ce3Bi4Pd3-Dünnschichten durch Molekularstrahlepitaxie zu ebnen.Um die (frühe) Hypothese zu testen, dass CeRu4Sn6 ein topologischer Kondo-Isolator ist, wurden dickenabhängige Messungen des elektrischen Widerstands durchgeführt. Die Ergebnisse stimmen eher damit überein, dass CeRu4Sn6 ein (möglicherweise topologisches) Halbmetall ist.