RNDr. Slavomír GABÁNI, PhD. (1974) Magnetické usporiadanie vo frustrovanom Shastry-Sutherlandovskom magnete TmB4 RNDr. Slavomír GABÁNI, PhD. (1974) mojich 10 rokov skúmania boridov vzácnych zemín frustrácie v boridoch  tetraboridy magnetické usporiadanie v TmB4 ÚEF SAV, 10.12.2008

REB12 DyB12, HoB12, ErB12, TmB12 – AFM kovy (frustrované) LuB12 – supravodič (Tc ~ 0.3 K) YB12 – diamagnetický kov (alebo aj supravodič pri Tc ~ 5 K?) YbB12 – zmiešanovalenčný polovodič (I. Baťko a spol.)

REB12 Gabáni S., Baťko I., Flachbart K., Shitsevalova N., Paderno Y., Herrmannsdorfer T., Konig R.: Magnetic properties of some rare earth dodecaborides. Acta Physica Slovaca 48 (1998) 755-758 Gabáni S., Baťko I., Flachbart K., Herrmannsdorfer T., Konig R., Paderno Y., Shitsevalova N.: Magnetic and transport properties of TmB12, ErB12, HoB12 and DyB12. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 207 (1999) 131-136 Flachbart K., Gabáni S., Gloos K., Meissner M., Operl M., Paderno Y., Pavlík V., Samuely P., Schuberth E., Shitsevalova N., Siemensmeyer K., Szabó P.: Low temperature properties and superconductivity of LuB12. Journal of Low Temperature Physics 140 (2005) 339-353 Siemensmeyer K., Habicht K., Lonkai T., Maťaš S., Gabáni S., Shitsevalova N., Wulf E., Flachbart K.: Magnetic properties of the frustrated fcc – antiferromagnet HoB12 and below TN. Journal of Low Temperature Physics 146 (2007) 581-605

REB6 SmB6 – zmiešanovalenčný polovodič YB6 – supravodič (Tc ~ 6 K) LaB6 – diamagnetický kov (až do 0.05 K) CeB6 – AFM kov (heavy fermion) NdB6, PrB6 – AFM kovy

REB6 Flachbart K., Gabáni S., Konovalova E., Paderno Y., Pavlík V.: Ground state formation in intermediate valent SmB6. Physica B 293 (2001) 417-421 Szabó P., Kačmarčík J., Samuely P., Girovský J., Gabáni S., Flachbart K., Mori T.: Superconducting energy gap of YB6 studied by point-contact spectroscopy. Physica C 460-462 (2007) 626-627 Priputen P., Šebek J., Reiffers M., Šantavá E., Gabáni S., Alekseev P.A., Nefeodova E.V., Sadikova I.P., Shitsevalova N., Flachbart K.: Magnetic Field Influence on the Thermal Conductivity of PrB6 Acta Physica Polonica A 113 (2008) 383-386 Derr J., Knebel G., Braithwaite D., Salce B., Flouquet J., Flachbart K., Gabáni S., Shitsevalova N.: From unconventional insulating behavior towards conventional magnetism in the intermediate-valence compound SmB6. Physical Review B 77 (2008) 193107

REB4 DyB4, HoB4, ErB4, TmB4 – AFM kovy (frustrované SSL) YB4, LuB4 – diamagnetický kov (až do 0.05 K)

REB4 Gabáni S., Maťaš S., Priputen P., Flachbart K., Siemensmeyer K., Wulf E., Evdokimova A., Shitsevalova N.: Magnetic Structure and Phase Diagram of TmB4. Acta Physica Polonica A 113 (2008) 227-230 Siemensmeyer K., Wulf E., Mikeska H.-J., Flachbart K., Gabáni S., Maťaš S., Priputen P., Efdokimova A., Shitsevalova N.: Fractional Magnetization Plateaus and Magnetic Order in Shastry-Sutherland Magnet TmB4. Physical Review Letters 101 (2008) 177201

Spolupráca pri REB4 Institute for Problems of Material Science, Kiev, Ukraine – vzorky: A. Evdokimova, N. Shitsevalova Hahn Meitner Institut, Berlin, Germany – neutrónový rozptyl & teória: K. Siemensmeyer, E. Wulf University of Hannover, Hannover, Germany – teória: H.-J. Mikeska IEP SAS, Košice, Slovakia – merania makro. veličín & neutrón. r.: K. Flachbart, S. Gabáni, S. Maťaš, P. Priputen

Geometrická frustácia vysoko degenerovaný základný stav frustrácia magnetických spinov: | ΘP / TN | > 2 Nenulová zvyšková entrópia pri T = 0

Geometrická frustrácia Javy geometrickej frustrácie sú realizované tiež v 3D systémoch, kde tetraédre pokrývajú rohy, hrany a niekedy steny elementárnych buniek formujúc periodickú štruktúry.

RKKY – interakcia je výrazná REB4 ( χ = M / B = C / (T – ΘP) ) RKKY – interakcia je výrazná TmB4: veľký pomer P / TN = 45.9 K / 11.7 K

Shastry- Sutherland Lattice B.S. Shastry and B. Sutherland, Physica 108 B+C (1981) 1069 SrCu2(BO3)2 – jediný príklad. Platá pri vysokých poliach 20-37 T. – Kageyama et al., PRL 82 (1999) 3168-3171 TmB4 – excelentný príklad SSL. Platá pri nízkych poliach 1.6 T.

Shastry- Sutherland Lattice J’ >> J – Heisenbergovský AFM s Néelovským základným stavom J’ << J – diméry na diagonálach  základný stav je singlet oddelený en. medzerou od exc. tripletného stavu = “quantum spin liquid”

TmB4 B || c B || a Silná Isingovská anizotrópia S. Gabáni et al., AcPPA 113 (2008) 227 F. Iga et al., JMMM 310 (2007) e443

TmB4 B || c B || a TN1 = 11.7 K, TN2 = 9.8 K eff = 6.5 B P = 45.9 K

TmB4 B || c B || a M(T, B) – VMS PPMS do 14 T, platá s M ~ 1/11, 1/9, 1/8, 1/7 MS C(T, B) – 3He kryostat do 5 T, Schottky E ~ 9.9 meV R(T, B) – 4He kryostat do 7 T, RRR ~ 114

Základný stav – silná Isingovská anizotrópia vedúca k Seff = 1/2 B || c TmB4 Základný stav – silná Isingovská anizotrópia vedúca k Seff = 1/2 T > TN1: R*ln(2)  Seff = ½ , mJ =  6  doublet (voľné Tm3+ ióny), TN1 > T > TN2: R*ln(1.75) = (1/2)R*ln(3)  Seff = 1 triplet (diméry) T > TN2: R*ln(1.42) = (1/2)R*ln(2)  Seff = ½  doublet (diméry)

B || c TmB4

B || c TmB4 b a Amplitúdovo-modulovaná štruktúra

TmB4 vs SrCu2(BO3)2 Hofstadter butterfly - fraktálne en. spektrum neinterag. 2D-fermiónového plynu v mag. p. Platá v SrCu2(BO3)2 sú vysvetlené Chern Simmons aproximáciou podobne ako vo fractional Quantum Hall Effect v 2D-fermion. plyne TmB4 - magnetický analóg ku Quantum Hall Effect (Klitzing, Laughlin)

Ďakujem za pozornosť