Mikro-Raman Untersuchungen an FeSi unter Druck bis 34GPa sowie an SmFeAsO0,8F0,2 und EuFe2As2 unter Normaldruck

Jursic, Ivan

In dieser Arbeit wurden mittels Mikro-Raman Spektroskopie die Fe-Verbindungen FeSi sowie SmFeAsO0,8F0,2 und EuFe2As2 untersucht. Gewöhnlich sind Fe und seine Verbindungen magnetisch. FeSi bildet da eine Ausnahme und wurde als erstes konzentriertes Kondo-System mit 3d-Elektronen,statt der üblichen 4f- und 5f-Elektronen, bezeichnet. FeSi wird seit 40 Jahren jedoch kontrovers diskutiert. Neben den Modellen im Bild eines Kondo-Isolators werden experimentelle Ergebnisse ebenso erfolgreich im Bild eines Band-Halbleiters beschrieben. Um diese Fragestellung zu untersuchen, wurden temperatur- und außerdem druckabhängige Raman-Messungen durchgeführt. Die Anpassung der Temperaturabhängigkeit der Raman-Verschiebung der dominanten E-Mode lässt sich für tiefe Temperaturen mit einer Formel beschreiben, welche für Si entwickelt wurde. Dies spricht für die Beschreibung von FeSi im Bild eines Band-Halbleiters. Es ergibt sich ein Grüneisen-Parameter (GP) von 5,1. Dieser Wert ist für ein stark korreliertes System wie einen Kondo-Isolator viel zu gering. Der GP, der über die Messungen in der Diamantstempel-Druckzelle bestimmt wurde, spricht ebenfalls nicht für die Zuordnung von FeSi zu den Kondo-Isolatoren. Während der Wert des GP von Normaldruck (2,3) bis zu ca. 5 GPa (3,7) einen ähnlichen Verlauf wie Neutronenstreuexperimente aus der Literatur aufweist, weicht er für höhere Drücke davon ab und zeigt Vorzeichenwechsel in seiner Druckabhängigkeit. Ebenfalls ungewöhnlich sind die Eisenpniktide, in welchen Supraleitung gefunden wurde. Die Sprungtemperatur von SmFeAsO0,8F0,2 wurde, bei den hier untersuchten Einkristallen über den Meissner-Ochsenfeld-Effekt zu Tc = 34 K bestimmt. Die Raman-Untersuchungen an SmFeAsO0,8F0,2 zeigen eine Symmetrie, wie sie für die Raumgruppe P4/nmm zu erwarten ist. Es werden sowohl die beiden B1g-Moden, welche den Schwingungen der Fe- und O-Atome zugeordnet werden können, beobachtet, wie auch die A1g-Schwingungen des As und Sm. Die Sm, As und O-Frequenzen stimmen dabei gut mit Literaturwerten zu SmFeAsO überein. Lediglich die Fe-Mode weicht ab. In den temperaturabhängigen Raman-Messungen zeigt sich eine deutliche Verschiebung der Phononenfrequenzen mit Einsetzen der Supraleitung. Dies spricht für eine nicht vernachlässigbare Elektron-Phonon-Kopplung. Ähnliches wird auch bei EuFe2As2 gesehen, da sich das Öffnen des Spin-Dichte-Wellen-Gaps als Anomalie in der Temperaturabhängigkeit der Phononenfrequenz widerspiegelt.

In this work FeSi as well as SmFeAsO0.8F0.2 and EuFe2As2 were investigated by means of Raman spectroscopy. Usually Fe and its alloys are magnetic. FeSi is different and is discussed for over 40 years. Some models assign it to the group of strongly correlated Kondo insulators and some experimental results were successfully described in a band semiconductor model. To gain further insight into the nature of the correlations in FeSi temperature and pressure dependent Raman measurements were carried out. The temperature dependence of the phonon E-Mode in FeSi was fitted with a formula which was derived for Si. This supports the assignment of FeSi to the band semiconductors. The fit of the temperature dependence of the phonon mode yields a Grüneisen-Parameter (GP) of 5.1. This value is significantly smaller than what can be expected for a strongly correlated material like a Kondo insulator. The GP which was determined by the pressure dependent measurements in a diamond anvil cell also does not support the Kondo model. At normal pressure the GP is 2.3 and rises with increasing pressure to 3.75 at 5 GPa. This is in accordance to temperature dependent values for the GP published for neutron scattering experiments. For pressures above 5 GPa the pressure dependence of the GP changes its sign, indicating a change in the evolution of the gap. Another group of extraordinary Fe alloys is the family of the iron pnictides, in which superconductivity is found. In this work single crystals of SmFeAsO0.8F0.2 were investigated and their critical temperature was determined to be Tc = 34 K. The Raman measurements on these crystals support the space group P4/nmm. Both B1g modes of the Fe and O atoms were observed. The two A1g modes for the As and Sm atoms were also identified. While the frequencies of the Sm, As and O modes agree with published data on SmFeAsO, the frequency of the Fe mode adiffers slightly. In the temperature dependent measurements a significant shift of the phonon frequencies is observed when superconductivity sets in. This is a clear indication for electron phonon coupling. The results for EuFe2As2 also suggest some electron phonon coupling. At 200 K the spin density wave gap opens and the temperature of the phonon frequency of the B1g mode shows an anomaly.

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Jursic, Ivan: Mikro-Raman Untersuchungen an FeSi unter Druck bis 34GPa sowie an SmFeAsO0,8F0,2 und EuFe2As2 unter Normaldruck. 2014.

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