Optical and magnetization studies on europium based iron pnictides

Abstract

The investigations carried out in the framework of this thesis mainly concentrate on europium based iron pnictides. These are a peculiar member of the 122 family as they develop at low temperatures (~20K) an additional magnetic order of the local rare earth moments. Therefore, europium based iron pnictides provide a unique platform to study the interplay of structural, magnetic and electronic effects in high-temperature superconductors. For this challenging purpose, we have employed SQUID magnetometry and Fourier-transform infrared spectroscopy on EuFe2(As1-xPx)2 single crystals.

By systematic studies of the in- and out-of-plane magnetic properties of a series of single crystals, we derived the complex magnetic phase diagram of europium based iron pnictides, which contains an A-type antiferromagnetic and a re-entrant spin glass phase. Furthermore, we have investigated the magneto-optical properties of EuFe2As2, revealing a much more complex magnetic detwinning process than expected.

These studies demonstrate a remarkable interdependence between magnetic, electronic and structural effects that might be very important to understand the unconventional superconductivity in these fascinating materials.

Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen konzentrieren sich auf Europium-haltige Eisenpniktide. Diese entwickeln zusätzlich zur Spindichtewelle bei tiefen Temperaturen (ca. 20K) eine lokale magnetische Ordnung. Aus diesem Grund bieten Europium-haltige Eisenpniktide die außergewöhnliche Möglichkeit, strukturelle, magnetische und elektronische Effekte, sowie deren Wechselwirkungen in Hochtemperatursupraleitern zu untersuchen. Dafür wurden im Rahmen dieser Arbeit Magnetisierungsmessungen und Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie an EuFe2(As1-xPx)2 Einkristallen durchgeführt.

Auf der Basis von richtungsabhängigen Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften von Einkristallen konnte das komplexe magnetische Phasendiagramm von Europium-haltigen Eisenpniktiden bestimmt werden, welches A-typ Antiferromagnetismus und eine "re-entrant Spin-Glas"-Phase enthält. Des weiteren haben wir die magneto-optischen Eigenschaften von EuFe2As2 untersucht und dabei entdeckt, dass dem Ausrichten von strukturellen Domänen im Magnetfeld ein wesentlich komplexerer Prozess zu Grunde liegt als bisher angenommen.

Somit konnten die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Studien ein bemerkenswertes Zusammenspiel von magnetischen, elektronischen und strukturellen Effekten aufdecken, welches einen wichtigen Einblick in die faszinierenden Zusammenhänge unkonventioneller Supraleiter gibt.