Untersuchung von Spingläsern durch Wechselfeldsuszeptibilitätsmessungen

Abstract

Die Anfangssuszeptibilität, dynamische Effekte und Ummagnetisierungsverluste magnetischer Proben lassen sich durch Messungen der magnetischen Wechselfeldsuszeptibilität charakterisieren und ein mögliches Relaxationsverhalten untersuchen. Eine besondere Materialklasse stellen Spingläser dar. Ihre kurzreichweitige Wechselwirkung zwischen den magnetischen Momenten und deren zufällige Verteilung führen zu Frustration und dadurch zu einer Vielzahl entarteter Grundzustände und zu dynamischen Effekten. Eine experimentelle Eigenschaft des Spinglaszustandes ist dabei die frequenzabhängige Verschiebung der charakteristischen Temperatur, der sogenannten „spin-freezing temperature“. Dieses Verhalten wurde für einige Proben an der Messanlage des Instituts für Festkörperphysik untersucht und verifiziert. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde dazu eine Neuinstrumentierung des Wechselfeldsuszeptometers vorgenommen und ein Messprogramm entwickelt und implementiert. Untersuchungen des Systems Sc54[Mn(x)Ga(1-x)]17 mit x = 0.5 und x = 0.53 zeigen einen Spinglaszustand. Mit steigender Frequenz verschiebt sich die charakteristische Temperatur zu höheren Temperaturen. Die spezifische Wärmekapazität weist eine anfängliche lineare Temperaturabhängigkeit auf, gefolgt von einer breiten Anomalie. Die charakteristische Temperatur steigt mit der Ga-Konzentration. Die Verbindung Nd2Pd3Ga5 weist kein frequenzabhängiges Verhalten auf. Die Wechselfeldsuszeptibilität zeigt einen antiferromagnetischen Doppelübergang bei T_SR = 6.23 K und T_N = 7.45 K, der aus Messungen der Gleichfeldsuszeptibilität, der spezifischen Wärmekapazität und des elektrischen Widerstandes ebenfalls hervorgeht.

The initial susceptibility, dynamic effects and losses of magnetic samples can be studied by the a.c. magnetic susceptibility technique. Spin-glasses are an especially tendering system to probe magnetic relaxation phenomena. Their short range interactions and magnetic disorder lead to frustration and thereby to a large variety of ground states. The shift of the freezing temperature with increasing frequency of the applied field is a characteristic experimental feature of spin-glasses. In the course of this master thesis this behaviour was studied and verified for some samples. Therefore the a.c. susceptometer situated at the Institute of Solid State Physics was equipped with new instruments and a measurement software was developed and implemented. The analysis of the system Sc54[Mn(x)Ga(1-x)]17 with x = 0.5 and x = 0.53 shows that it exhibits a spin-glas-state. With increasing frequency the freezing temperature is shifted to higher temperatures. Measurements of the specific heat reveal initially a linear dependence on temperature, followed by a broad anomaly. A rising Ga-concentration entails higher freezing temperatures. The system Nd2Pd3Ge5 shows no frequency dependent behaviour. Instead, a.c. susceptibility measurements reveal a double phase transistion to an antiferromagnetic state at T_N = 7.45 K and a spin-reorientation anomaly at T_SR = 6.23 K. This behaviour is also observed in measurements of d.c. susceptibility, specific heat and electrical resistivity.