Physikalisches Institut (PHI)

N. N.

  • Professoren im Ruhestand
  • Postanschrift:
    Karlsruher Institut für Technologie
    Physikalisches Institut
    Postfach 6980
    D-76049 Karlsruhe

AG v. Löhneysen: Metall-Isolator-Übergänge

Rastertunnelmikroskpische Aufnahme eines einzelnen P-AtomsStrukturelle Unordnung kann zur Lokalisierung der Elektronenwellenfunktionen und zu einem Metall-Isolator-Übergang führen. Damit ist eine Verstärkung der Elektron-Elektron- Wechselwirkung und das Auftreten lokaler magnetischer Momente verbunden.

 Dies wird an hochdotierten Halbleitern wie kristallinem P-dotierten Si (hier entsteht die Unordnung durch die statistische Verteilung der P-Atome) mit Messungen des elektrischen Widerstands, des Hall-Effekts, der spezifischen Wärme, der Thermokraft und der Magnetisierung bis zu sehr tiefen Temperaturen (~ 10 mK) und in Magnetfeldern bis zu 9 T untersucht.

Mit Rastertunnelmikroskopie und -spektroskopie kann man einzelne P-Atome in Si "sichtbar" machen.

Den Metall-Isolator-Übergang kann man durch Anlegen uniaxialen Drucks kontinuierlich durchstimmen und so das Skalierungsverhalten der elektrischen Leitfähigkeit ermitteln.

→ weiterführende LiteraturUniaxiale Druckabhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit

Eigenschaften stark korrelierter Elektronensysteme

Das Einsetzen antiferromagnetischer Ordnung in CeCu6-xAuxIn manchen Seltenerd- und Aktinid-Legierungen, den sog. "Schwer-Fermion-Legierungen", führt die Wechselwirkung zwischen Leitungselektronen und 4f- oder 5f-Elektronen zu anomalen Eigenschaften bei tiefen Temperaturen. Auch viele Übergangsmetalllegierungen zeigen starke elektronische Wechselwirkungen.Strukturelle Unordnung kann zur Lokalisierung der Elektronenwellenfunktionen und zu einem Metall-Isolator-Übergang führen. Damit ist eine Verstärkung der Elektron-Elektron- Wechselwirkung und das Auftreten lokaler magnetischer Momente verbunden.

Da diese Wechselwirkungen stark vom interatomaren Abstand abhängen, können als Funktion des äußeren Drucks oder - beim Zulegieren einer dritten Komponente mit unterschiedlichem Atomdurchmesser - des "chemischen" Drucks verschiedene Grundzustände, magnetisch ordnend, "unmagnetisch" oder sogar supraleitend, auftreten.

Einige dieser Legierungen, CeCu6 und UPt3 sowie ZrZn2 und MnSi, werden u.a. mit Messungen des elektrischen Widerstands, der Magnetisierung und der spezifischen Wärme, zum Teil unter Drücken bis 20 kbar, untersucht.

Diese Arbeiten werden von der European Science Foundation (ESF) im Rahmen des Forschungsprogramms "Fermi-liquid instabilities in correlated metals (FERLIN)" unterstützt.

→ weiterführende Literatur

Löhneysen: Metallische Schichten, Schichtsysteme und Nanostrukturen

100 nm x 100 nm STM-Bild einer 1/3 Monolage Gd auf YAn metallischen Schichtsystemen, die aus abwechselnd supraleitenden und ferromagnetischen Einzelschichten bestehen, wird als Funktion der Schichtdicken und äußerer Magnetfelder das Wechselspiel zwischen Supraleitung und Magnetismus untersucht. Hierzu werden Widerstands-, Suszeptibilitäts- und magneto-optische Messungen durchgeführt.

 

 100-nm lange Kupfer-Brücke zwischen "massiven" ZuleitungenDurch Mikrostrukturierung von metallischen Schichten lassen sich dünne metallische "Brücken" (Breite bis herab zu 40 nm) zwischen zwei Metallschichten herstellen. Beim elektronischen Transport durch solche Metallbrücken treten bei sehr tiefen Temperaturen aufgrund der Kohärenz der Wellenfunktionen Interferenzen der Leitungselektronen auf, die sich direkt im elektrischen Widerstand beobachten lassen. Es werden sowohl normalleitende als auch supraleitende Brücken untersucht.

Kontakte, die nur aus wenigen oder einem einzigen Atom bestehen, lassen sich erzeugen, indem man vorstrukturierte Brücken (Breite 100 nm) bricht und wieder zusammenfügt. Unter Zu-Hilfe-Nahme der Supraleitung lässt sich der Stromfluß durch einzelne Atome analysieren.

 

Freitragende nanostrukturierte Brücke aus AluminiumWiderstandsoszillationen im Magnetfeld durch Interferenzen von Leitungselektronen in einem Goldring

→ weiterführende Literatur

Publikationen

  • Fermi-liquid instabilities at magnetic quantum phase transitions
    H. v. Löhneysen, A. Rosch, M. Vojta, P. Wölfle,
    Rev. Mod. Phys. 79 (2007) 1015

  • Importance of in-plane anisotropy in the quasi-two-dimensional antiferromagnet BaNi2V2O8,
    W. Knafo, C. Meingast, K. Grube, S. Drobnik, P. Popovich, P. Schweiss, P. Adelmann, Th. Wolf, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 137206

  • Magnetic fluctuations at a field-induced quantum phase transition
    O. Stockert, M. Enderle, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. Lett. 99 (2007) 237203

  • Partial order in the non-Fermi-liquid phase of MnSi
    C. Pfleiderer, D. Reznik, L. Pintschovius, H. v. Löhneysen, M. Garst, A. Rosch,
    Nature 427 (2004) 227-231

  • Field-induced magnetic transition in heavy-fermion antiferromagnet Ce7Ni3
    K. Umeo, Y. Echizen, M. H. Jung, T. Takabatake, T. Sakakibara, T. Terashima, C. Terakura, C. Pfleiderer, M. Uhlarz, H. v.Löhneysen,
    Phys. Rev. B 67 (2003) 144408

  • Magnetic phase diagram of CsCuCl3 for in-plane magnetic fields up to 14 T
    R. Bügel, A. Faißt, H. v. Löhneysen, J. Wosnitza, U. Schotte,
    Phys. Rev. B 65 (2001) 052402

  • Pressure versus magnetic field-tuning of a magnetic quantum phase transition
    H. v. Löhneysen, C. Pfleiderer, T. Pietrus, O. Stockert, B. Will,
    Phys. Rev. B 63 (2001) 134411

  • Onset of antiferromagnetism in heavy-fermion metals
    A. Schröder, G. Aeppli, R. Coldea, M. Adams, O. Stockert, H. v. Löhneysen, E. Bucher, R. Ramazashvili, and P. Coleman,
    Nature 407 (2000) 351

  • Phase transitions and non-Fermi-liquid behavior in UCu5-xPdx at low temperatures
    R. Vollmer, T. Pietrus, H. v. Löhneysen, R. Chau, M. B. Maple,
    Phys. Rev. B 61 (2000) 1218

  • Fermi-liquid instability at magnetic-nonmagnetic quantum phase transitions
    H. v. Löhneysen,
    J. Magn. Magn. Mat. 200 532 (1999

 

Supraleitung

  • Experimental verification of contact-size estimates in point-contact spectroscopy on superconductor / ferromagnet heterocontacts
    J. Gramich, P. Brenner, C. Sürgers, H. v. Löhneysen, G. Goll
    Phys. Rev. B 86 (2012) 155402

  • Superconducting state of very thin Pd films deposited on a diluted insulating on EuxSr1-xS ferromagnet
    A. Cosceev, C. Sürgers, H.-G. Boyen, P. Schweiss, H. v. Löhneysen
    Phys. Rev. B 83 (2011) 174516

  • Spintronics in metallic superconductor/ferromagnet hybrid structures
    C. Sürgers, A. Singh, M. Stokmaier, G. Goll, F. Pérez-Willard, H. v. Löhneysen
    Feature Article, Int. J. Mat. Res. (formerly Z. Metallkd.) 101 (2010) 164

  • Size dependence of current spin polarization through superconductor/ferromagnet nanocontacts
    M. Stokmaier, G. Goll, D. Weissenberger, C. Sürgers, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. Lett. 101 (2008) 147005

  • Spin-polarized current versus stray field in a perpendicularly magnetized superconducting spin switch
    A. Singh, C. Sürgers, R. Hoffmann, H. v. Löhneysen, T. V. Ashworth, N. Pilet, H. J. Hug,
    Appl. Phys. Lett. 91 (2007) 152504

  • Competition between proximity-induced superconductivity and pair-breaking: Ag sandwiched between Nb an Fe
    H. Stalzer, A. Cosceev, C. Sürgers, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. B 75 (2007) 224506

  • Superconducting spin switch with perpendicular magnetic anisotropy
    A. Singh, C. Sürgers, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. B 75 (2007) 024513

  • Field-screening properties of proximity-coupled Nb/Ag double layers
    H. Stalzer, A. Cosceev, C. Sürgers, H. v. Löhneysen,
    Europhys. Lett. 76 (2006) 121

  • Observation of interband pairing interaction in a two-band superconductor: MgB2
    J. Geerk, R. Schneider, G. Linker, A. G. Zaitsev, R. Heid, K.-P. Bohnen, H. v. Löhneysen
    Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 227005

  • Evidence for crossed Andreev reflection in superconductor-ferromagnet hybrid structures
    D. Beckmann, H. B. Weber, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 197003

  • Inhomogeneous magnetization of a superconductiong film measured with a gradiometer
    H. Stalzer, A. Cosceev, C. Sürgers, H. v. Löhneysen,
    Appl. Phys. Lett. 84 (2004) 1522

  • Low-temperature specific heat of the heavy-fermion superconductor PrOs4Sb12
    R. Vollmer A. Faißt, C. Pfleiderer, H. v. Löhneysen, E. D. Bauer, P.-C. Ho, V. Zapf, M. B. Maple,
    Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 057001

  • Superconducting energy gap distribution of MgB2 investigated by point-contact spectroscopy
    F. Laube, G. Goll, J. Hagel, H. v. Löhneysen, D. Ernst, T. Wolf,
    Europhys. Lett. 56 (2002) 296

  • Field-induced metal-insulator transition in a two-dimensional organic superconductor
    J. Wosnitza, S. Wanka, J. Hagel, H. v. Löhneysen, J. S. Qualls, J. S. Brooks, E. Balthes, J. A. Schlueter, U. Geiser, J. Mohtasham, R. W. Winter, G. L. Gard,
    Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 508

  • Spin-triplet superconductivity in Sr2RuO4 probed by Andreev reflection
    F. Laube, G. Goll, H. v. Löhneysen, M. Fogelström, F. Lichtenberg,
    Phys. Rev. Lett. 84 (2000) 1595


Eigenschaften von Legierungen seltener Erden

  • Magnetic-field- and temperature-dependent Fermi surface of CeBiPt
    J. Wosnitza, G. Goll, A. D. Bianchi, B. Bergk, N. Kozlova, I. Opahle, S. Elgazzar, M. Richter, O. Stockert, H. v. Löhneysen, T. Yoshino, T. Takabatake,
    New J. Phys. 8 (2006) 174

  • Low-temperature properties of YbAl2
    T. Görlach, C. Pfleiderer, K. Grube, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. B 71 (2005) 033101

  • Magnetic-field-induced band-structure change in CeBiPt
    N. Kozlova, J. Hagel, M. Doerr, J. Wosnitza, D. Eckert, K.-H. Müller, L. Schultz, I. Opahle, S. Elgazzar, M. Richter, G. Goll, H. v. Löhneysen, G. Zwicknagl, T. Yoshino and T. Takabatake,
    Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 086403

  • Temperature-dependent Fermi surface in CeBiPt
    G. Goll, J. Hagel, H. v.Löhneysen, T. Pietrus, S. Wanka, J. Wosnitza, G. Zwicknagl, T. Yoshino, T. Takabatake,
    Europhys. Lett. 57 (2002) 233

  • Pressure-induced residual resistivity anomaly in CeCu5Au
    H. Wilhelm, S. Raymond, D. Jaccard, O. Stockert, H. v. Löhneysen, A. Rosch,
    J. Phys.: Condens. Matter 13 (2001) L329 


Eigenschaften von metallischen Schichten, Schichtsystemen und Nanostrukturen

  • Local strain-mapping on Ag(111) islands on Nb(110)
    T. Tomanic, C. Sürgers, R. Heid, M. Alcántara Ortigoza, K.-P. Bohnen, D. Stöffler, H. v. Löhneysen
    Appl. Phys. Lett. 101, 063111 (2012)

  • Effect of cold working in a magnetic field on the shape of a ferromagnetic nanocontact
    M. Müller, R. Montbrun, C. Sürgers, H. v. Löhneysen
    Appl. Phys. Lett. 100, 202402 (2012)

  • Formation of copper oxide surface structures via pulse injection of air onto Cu(111) surfaces
    C. Pérez León, Ch. Sürgers, H. v. Löhneysen
    Phys. Rev. B 85, 035434 (2012)

  • Conductance tuning of Dy break-junctions by magnetostriction
    M. Müller, R. Montbrun, M. Marz, V. Fritsch, Ch. Sürgers, H. v. Löhneysen
    Nano Letters 11, 574-578 (2011)

  • STM investigation of large p-conjugated oligomers and tetrahydrofuran codeposited on Cu(111) by pulse injection
    C. Pérez León, C. Sürgers, M. Mayor, M. Marz, R. Hoffmann, H. v. Löhneysen
    J. Phys. Chem. C 113 (2009) 14335
  • Magnetic order by C-ion implantation into Mn5Si3 and Mn5Ge3 and its lateral modification
    C. Sürgers, N. Joshi, K. Potzger, T. Strache, W. Möller, G. Fischer, H. v. Löhneysen
    Appl. Phys. Lett. 93 (2008) 062503

  • Electronic transport in magnetically ordered Mn5Si3Cx films
    B. Gopalakrishnan, C. Sürgers, A. Singh, R. Montbrun, M. Uhlarz, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. B 77 (2008) 104414

  • Identification of P dopants at non-equivalent lattice sites of the Si(111)-2x1 surface
    J. K. Garleff, M. Wenderoth, R.G. Ulbrich, C. Sürgers, H. v. Löhneysen. M. Rohlfing,
    Phys. Rev. B 76 (2007) 125322

  • Correlations between one-dimensional structures at the Si(557):Au surface
    M. Sauter, R. Hoffmann, C. Sürgers, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. B 75 (2007) 195436

  • Correlation between transport properties and atomic configuration of atomic contacts of zinc by low-temperature measurements
    E. Scheer, P. Konrad, C. Bacca, A. Mayer-Gindner, H. v. Löhneysen, M. Häfner, J. C. Cuevas,
    Phys. Rev. B 74 (2006) 205430

  • Atomically resolved tunneling spectroscopy on Si(557)-Au
    M. Schöck, C. Sürgers, H. v. Löhneysen,
    Europhys. Lett. 74 (2006) 473

  • Evidence for one-dimensional electron propagation on Si(111)-(2x1) from Coulomb blockade
    J. K. Garleff, M. Wenderoth, R. G. Ulbrich, C. Sürgers, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. B 72 (2005) 073406

  • On the electron-phonon coupling of individual single-walled carbon nanotubes
    M. Oron-Carl, F. Hennrich, M. M. Kappes, H. v. Löhneysen, R. Krupke:
    Nano Letters 5 (2005) 1761
  • Stable single-atom contacts of zinc whiskers
    P. Konrad, C. Bacca, E. Scheer, P. Brenner, A. Mayer-Gindner, H. v. Löhneysen,
    Appl. Phys. Lett. 86 (2005) 213115

  • Determining the current polarization on Al/Co nanostructured point contacts
    F. Pérez-Willard, J. C. Cuevas, C. Sürgers, P. Pfundstein, J. Kopu, M. Eschrig, H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. B 69 (2004) 140502

  • Mechanically controllable break-junctions for use as electrodes for molecular electronics
    T. Böhler, J. Grebing, A. Mayer-Gindner, H. v. Löhneysen and E. Scheer,
    Nanotechnology 15 (2004) S465

  • Separation of metallic from semiconducting single-walled carbon nanotubes
    R. Krupke, F. Hennrich, H. v. Löhneysen, M. Kappes,
    Science 301 (2003) 344

  • Low-temperature conductance measurements on single molecules
    J. Reichert, R. Ochs, H. B. Weber, M. Mayor, and H. v. Löhneysen,
    Appl. Phys. Lett. 82 (2003) 4137

  • Driving current through single organic molecules
    J. Reichert, R. Ochs, D. Beckmann, H. B. Weber, M. Mayor, and H. v. Löhneysen,
    Phys. Rev. Lett. 88 (2002) 176804