08 Fakultät Mathematik und Physik

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Institute: search.filters.UBSInstitut.1. Physikalisches InstitutStart date: 2020

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    Tuning charge order in (TMTTF)2X by partial anion substitution
    (2021) Pustogow, Andrej; Dizdarevic, Daniel; Erfort, Sebastian; Iakutkina, Olga; Merkl, Valentino; Untereiner, Gabriele; Dressel, Martin
    In the quasi-one-dimensional (TMTTF)2X compounds with effectively quarter-filled bands, electronic charge order is stabilized from the delicate interplay of Coulomb repulsion and electronic bandwidth. The correlation strength is commonly tuned by physical pressure or chemical substitution with stoichiometric ratios of anions and cations. Here, we investigate the charge-ordered state through partial substitution of the anions in (TMTTF)2[AsF6]1-x[SbF6]x with x≈0.3, determined from the intensity of infrared vibrations, which is sufficient to suppress the spin-Peierls state. Our dc transport experiments reveal a transition temperature TCO = 120 K and charge gap ΔCO=430 K between the values of the two parent compounds (TMTTF)2AsF6 and (TMTTF)2SbF6. Upon plotting the two parameters for different (TMTTF)2X, we find a universal relationship between TCO and ΔCO yielding that the energy gap vanishes for transition temperatures TCO≤60 K. While these quantities indicate that the macroscopic correlation strength is continuously tuned, our vibrational spectroscopy results probing the local charge disproportionation suggest that 2δ is modulated on a microscopic level.
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    Microwave properties of superconducting SrTiO3 at mK-temperatures
    (2022) Beydeda, Cenk
    In this thesis the properties of superconducting Nb-doped SrTiO3 are investigated, more concrete the optical conductivity was obtained as function of temperature, magnetic flux density and frequency. Superconducting Stripline resonators were used to probe the optical properties of Nb:SrTiO3. The optical conductivity of Nb:SrTiO3 reveals features that are typically associated with a dirty single-gap superconductor. At low frequencies the coherence peak predicted by the BCS theory is observed. In the type II superconductor Nb:SrTiO3 two critical magnetic flux densities are observed that correspond to two superconducting bands. The real part of the optical conductivity displays a strong initial increase in dependence of magnetic flux density even at lowest achieved temperature to values multiple times of the DC conductivity. The critical magnetic flux densities and the critical temperatures show a dome-shaped dependence on the Nb-doping.
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    Charge degrees of freedom in quasi-two-dimentional organic conductors
    (2022) Iakutkina, Olga; Dressel, Martin (Prof. Dr.)
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    Low-energy optical conductivity of TaP : comparison of theory and experiment
    (2021) Yaresko, Alexander; Pronin, Artem V.
    The ab-plane optical conductivity of the Weyl semimetal TaP is calculated from the band structure and compared to the experimental data. The overall agreement between theory and experiment is found to be best when the Fermi level is slightly (20 to 60 meV) shifted upwards in the calculations. This confirms a small unintentional doping of TaP, reported earlier, and allows a natural explanation of the strong low-energy (50 meV) peak seen in the experimental ab-plane optical conductivity: this peak originates from transitions between the almost parallel non-degenerate electronic bands split by spin-orbit coupling. The temperature evolution of the peak can be reasonably well reproduce by calculations using an analog of the Mott formula.
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    Superconducting flip-chip microwave resonators on materials with high dielectric constant
    (2020) Beydeda, Cenk
    Supraleitende Mikrowellenresonatoren sind ein aktuelles Forschungsgebiet. Supraleitende koplanare Wellenleiter, an die Mikrowellenresonatoren gekoppelt sind, werden als unabdingbar angesehen wenn es darum geht Quantencomputer zu konstruieren. Entsprechend konnten schon Einzelphotonendetektoren konstruiert werden als auch Mikrowellenresonatoren deren Güte Q >10^6 übersteigt. Ähnliche Mikrowellenresonatoren können allerdings auch verwendet werden um die dielektrischen Eigenschaften interessanter Materialien mit hoher Präzessionzu messen. Dies wird auch an der Universität Stuttgart getan, diese Bachelorarbeit reiht sich ein in jene Abfolge der Arbeiten, die der Untersuchung von dielektrischen Eigenschaften interessanter Materialien bei kryogenen Temperaturen dient.Vorangegangene Master-Arbeiten von Lars Wendel und Vincent Engl verwendeten ein Distanz Flip-Chip Aufbau, bei dem das zu untersuchende Material mit einer dünnen Niob-Schicht an der Oberfläche versehen wurde, auf der ein λ/4-Resonator aufgebracht wurde. Das dergestalt präparierte Material, der Flip-Chip, wurde dann mit einem festen Abstand zur Feedline auf die Feedline aufgebracht. Hierbei liegt die Niob-Schicht der Feedline gegenüber und der Kopplungsarm des Resonators liegt direkt oberhalb der Feedline. Bei der Messung der Transmission in Abhängigkeit der Frequenz sind Absorptionsverluste beobachtbar, diese werden durch den induktiv gekoppelten Flip-Chip verursacht und liegen entsprechend beiden ungeraden Vielfachen der Grundmode.Allerdings zeigen sich auch Absorptionsverluste bei weiteren Frequenzen, diese können nicht direkt dem Resonator zugeordnet werden und werden als parasitäre Moden bezeichnet. Ihr Auftreten ist nicht ungewöhnlich und häufig der Fall, da sie Boxmoden darstellen können.Wenn allerdings die Grundmode des Resonators nicht sichtbar ist oder wesentlich schwächer,wie dies beim Flip-Chip schon öfters der Fall war, dann ist die Identifizierung der Moden nicht eindeutig. Die vorliegende Bachelorarbeit greift diese Problematik auf und hat das Ziel die Eigenschaften der parasitären Moden zu charakterisieren und Möglichkeiten zu finden, parasitäre Moden und tatsächliche Resonatormoden zu identifizieren. Dazu wird das Verhalten der parasitären Moden und Resonatormoden auf einem TiO2 Flip-Chip untersucht. Messungen mit dem supraleitenden TiO2 Flip-Chip Mikrowellen-Resonator zeigten die Grundmode sowie ihre ungeraden Vielfachen= 1,3,5,... wie sie erwartet worden sind als auch die parasitären Moden. Die anisotrope Dielektrizitätskonstante von TiO2 konnte dabei berücksichtigt werden, indem die Mäanderform des Resonators in Teilsequenzen mit konstantem ϵ aufgeteilt wurde. Die gemessenen und berechneten Resonanzfrequenzen unterscheiden sich dabei weniger gegenüber dem Fall, wenn für die zu erwartende Resonanzfrequenz das ungerade Vielfache der Grundmode angenommen worden wäre. Die parasitären Moden und Resonatormoden konnten klar getrennt werden indem die Resonanzfrequenz und ihre ungeraden Vielfache betrachtet wurden. Zusätzliche Experimente wurden durchgeführt um die Resonatormoden und parasitären Moden zu trennen. Eine dieser Experimente war die Aufnahme der Temperaturabhängigkeit der Güten Q und der Resonanzfrequenzen f der Resonatormoden und parasitären Moden. Es konnte beobachtet werden, dass die Resonanzfrequenzen der Resonatormoden und parasitären Moden jeweils Bündel formen und zu T_c hin abnehmen. Die Güte Q der parasitären Moden zeigten schwache Effekte zu T_c hin, wohingegen die Güte der Resonatormoden kontinuierlich mit der Temperatur T abnahmen. Zu ähnliche Ergebnisse war man gekommen als die Güte Q und die Resonanzfrequenz f in Abhängigkeit des Magnetfeldes B aufgenommen wurden. Die Resonanzfrequenzen f der Resonatormoden und parasitären Moden formen jeweils Bündel und fallen zu B= 2T ab, der Abfall konnte für B >0,2T beobachtet werden. Im Falle der Resonatormoden fällt die Güte Q für B >0,2T stark ab, noch stärker als sie bei der T-Abhängigkeit beobachtet werden konnte. Dahingegen veränderte sich die Güte Q der parasitären Moden erst zu B= 2T hin. Das unterschiedliche Verhalten der parasitären Moden und Resonatormoden bei der T- und B- Abhängigkeit kann mit der unterschiedlichen Verteilung der Moden auf der supraleitenden Fläche erklärt werden. Parasitäre Moden werden durch den ganzen supraleitenden Film unterstützt, bei dem Verlusteffekte einen vergleichsweise geringere Störung verursachen als bei den Resonatormoden, die empfindlich von dem schmalen Innenleiter des Resonatorsabhängen. Um parasitäre Moden und Resonatormoden zu unterscheiden sind weiterhin ESR Messungen durchgeführt worden. Eine DPPH Probe ist auf zwei Positionen auf dem Resonator aufgebracht worden, bei der unterschiedliche Magnetfelder B der Resonatormode erwartet werden konnten. Durch das Auftragen von DPPH auf zwei unterschiedliche Positionen konnte gezeigt werden, dass die Verlusteffekte des DPPH direkt von der Verteilung des B-Feldes auf dem Resonator abhängen. Die Leistungsabhängigkeit der Güte Q zeigte sowohl für Resonatormoden als auch parasitäre Moden Inharmonizitäten für p >5dBm, diese können mit einem Duffing-Oszillator modelliert werden. Für die Resonatormoden konnten ein Abfall der Güte Q beobachtet werden, wenn die Leistung p einen festgelegten Wert p_nl überschritt. Zusätzlich ist die Temperaturabhängigkeit des Transmissionssignals abseits der Moden gemessen worden. Das Transmissionssignal fällt stark bei der kritischen Temperature T_c von Niob ab. Dafür kann der Verlust der Supraleitung von Niob verantwortlich gemacht werden, die supraleitende Schicht schirmt nämlich die hohe Dielektrizitätskonstante des Flip-chip ab, sobald die Supraleitung nicht mehr vorliegt, kann die hohe Dielektrizitätskonstante die Feedline schwach stören. Dies bewirkt eine schwach veränderte Impedanz der Feedline wodurch die Reflektion zunimmt und die Transmission abnimmt. Diese Ergebnisse können dazu verwendet werden um parasitäre Moden und Resonatormodenbesser zu unterscheiden, auch wenn die Grundmode des Resonators unterdrückt ist. Die ESR-Messmethode kann noch weiter ausgebaut werden um die Verteilung des B-Feldes genauer zu messen. Die Abhängigkeit des Transmissionssignal von der Temperatur abseits der Moden kann dazu verwendet werden um den Abstand des Flip-Chip von der Feedline zu messen, dafür sind aber weitere Messreihen oder Simulationen als Referenz notwendig.
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    Charge-order phase transition in the quasi one-dimensional organic conductor (TMTTF)2NO3
    (2020) Majer, Lena N.; Miksch, Björn; Lesseux, Guilherme Gorgen; Untereiner, Gabriele; Dressel, Martin
    Low-dimensional organic conductors show a rich phase diagram, which has, despite all efforts, still some unexplored regions. Charge ordered phases present in many compounds of the (TMTTF)2X family are typically studied with their unique electronic properties in mind. An influence on the spin arrangement is, however, not expected at first glance. Here, we report temperature and angle dependent electron spin resonance (ESR) measurements on the quasi one-dimensional organic conductor (TMTTF)2NO3. We found that the (TMTTF)2NO3 compound develops a peculiar anisotropy with a doubled periodicity (ab′-plane) of the ESR linewidth below about TCO=(250±10) K. This behavior is similar to observations in the related compounds (TMTTF)2X (X=PF6, SbF6 and AsF6), where it has been attributed to relaxation processes of magnetically inequivalent sites in the charge-ordered state. For the structural analogous (TMTTF)2ClO4, known for the absence of charge order, such angular dependence of the ESR signal is not observed. Therefore, our ESR measurements lead us to conclude that a charge-order phase is stabilized in the title compound below TCO≈250 K.
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    Spectroscopic investigations of kagome - honeycomb quantum magnets
    (2022) Biesner, Tobias; Dressel, Martin (Prof. Dr.)
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    Rise and fall of Landau’s quasiparticles while approaching the Mott transition
    (2021) Pustogow, Andrej; Saito, Yohei; Löhle, Anja; Sanz Alonso, Miriam; Kawamoto, Atsushi; Dobrosavljević, Vladimir; Dressel, Martin; Fratini, Simone
    Landau suggested that the low-temperature properties of metals can be understood in terms of long-lived quasiparticles with all complex interactions included in Fermi-liquid parameters, such as the effective mass m⋆. Despite its wide applicability, electronic transport in bad or strange metals and unconventional superconductors is controversially discussed towards a possible collapse of the quasiparticle concept. Here we explore the electrodynamic response of correlated metals at half filling for varying correlation strength upon approaching a Mott insulator. We reveal persistent Fermi-liquid behavior with pronounced quadratic dependences of the optical scattering rate on temperature and frequency, along with a puzzling elastic contribution to relaxation. The strong increase of the resistivity beyond the Ioffe-Regel-Mott limit is accompanied by a ‘displaced Drude peak’ in the optical conductivity. Our results, supported by a theoretical model for the optical response, demonstrate the emergence of a bad metal from resilient quasiparticles that are subject to dynamical localization and dissolve near the Mott transition.
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    Dielectric properties on the insulating side of the superconductor-insulator transition
    (2021) Ebensperger, Nikolaj Gabriel; Dressel, Martin (Prof. Dr.)
    Amorphous indium oxide is the prime example of strongly disordered superconductors showing a quantum phase transition at strong levels of disorder, where a disorder-driven superconductor-insulator transition (SIT) is found. While there are studies focusing on the superconducting side, the insulating side is much less explored because experimental means are lacking. In this work an experimental approach is presented, employing coplanar microwave resonators in GHz frequency range and down to mK-temperatures, giving access to dielectric properties and the finite-frequency conductivity of amorphous indium oxide as a function of temperature, frequency and disorder. It is found that depending on disorder, indium oxide has a large dielectric constant with a critical value of ~100, separating samples with and without localized Cooper-pairs. From scaling, the fractal nature of electronic eigenstates is inferred. Strong effects of a gap are found, giving direct evidence for a finite pairing pseudogap even in the insulating phase, perfectly matching fractal Anderson localization theory.
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    Fractional power-law intraband optical conductivity in the low-dimensional Dirac material CaMnBi2
    (2021) Schilling, Micha Benjamin; Wang, C. X.; Shi, You-Guo; Kremer, Reinhard Karl; Dressel, Martin; Pronin, Artem V.
    We studied the broadband optical conductivity of CaMnBi2, a material with two-dimensional Dirac electronic bands, and found that both components of the intraband conductivity follow a universal power law as a function of frequency at low temperatures. This conductivity scaling differs from the Drude(-like) behavior, generally expected for free carriers, but matches the predictions for the intraband response of an electronic system in a quantum critical region. Since no other indications of quantum criticality are reported for CaMnBi2 so far, the cause of the observed unusual scaling remains an open question.