Die 1/4-gefüllte Spin-Leiter NaV2O5

 

 

 

 

 

 

Die Kristallstruktur von NaV2O5.ist durch eckenverknüpfte Leitern von VO5-Pyramiden charakterisiert, die durch Kantenverknüpfung voneinander getrennt werden. Die V4+/V5+-Ionen sitzen in den Basalflächen der VO5-Pyramiden. 

 

 

 

 

 

 

M. Isobe, et al. J. Phys. Soc. Jpn. (1996).

Die magnetische Suszeptibilität von NaV2O5 zeigt ein breites Maximum, das sich sehr gut durch eine 1D Spinkette (S=1/2) mit einer antiferromagnetischen Kopplung von J=560K beschreiben lässt. Für Temperaturen T<34 K tritt ein Phasenübergang auf, der anfangs als Spin-Peierls Übergang interpretiert wurde. Als Funktion der Temperatur fällt die Suszeptibilität drastisch ab und Übergitter-Streureflexe werden beobachtet. Dieser Übergang resultiert aus einer Ladungsordnung.  

 

 

Nach einem Modell von C. Gros, et al.

Effektive Ladungsverteilung bei hohen Temperaturen (T>34K): Die V-Plätze auf den Leitern sind äquivalent. Das Vanadium ist gemischt valent und das System somit als eine 1/4-gefüllte Spinleiter zu betrachten. Ein Elektron befindet sich in einem Orbital auf der Sprosse der Leiter. Elektronische Korrelationen führen zu einem isolierenden Grundzustand, der für kleine Energieskalen einer Spin-Kette ohne Spingap entspricht.

 

J. Lüdecke, et al. PRL(1999).

 

Effektive Ladungsverteilung bei tiefen Temperaturen (T<34K): Es existieren verschiedene ladungsgeordnete V-Plätze. Die magnetischen V4+ sind entlang einer Zickzack-Kette angeordnet. Das System hat ein Spingap. Die Existenz ungeordneter Plätze (offene Kreise) ist noch umstritten. In der Lichtstreung beobachten wir gebundene magnetische Zustände bei niedrigen Energien. 

 

 

Frequenz einer Phononenmode auf den V-O-Leitern als Funktion der Temperatur und einige repräsentative Spektren von NaV2O5. M. Fischer, et al. PRB (1999).

 

In der Ramanstreuung beobachtet bei hohen Temperaturen eine Gitterschwingung, die sich charakteristisch bei Übergang verändert. Die Frequenz wächst anharmonisch und eine weitere Mode entsteht bei tieferen Frequenzen. Dieses Verhalten beruht auf der Ladungsdisproportionierung auf der Sprosse der Leiter und dem daraus folgenden Ungleichgewicht der Coulomb-Kräfte in den VO5-Pyramiden. Die neue Mode ist eine "out-of-phase"-Schwingung der V-O-Sprossen, die durch die Ladungsordnung Raman-aktiv wird. Der Einsatz der Ladungsordnung (Tons) ist bei Temperaturen oberhalb ca. 80K und somit weit oberhalb des Phasenübergangs. 

 

"In-phase" und "out-of-phase" Raman-Schwingungen der V-Atome in einer Sprosse der Leiter [E. Shermann, et al. EPL, (1999)].

 

Weiterführende Literatur: 

Magnetic Susceptibility of Quasi-One-Dimensional Copound NaV2O5  - Possible Spin-Peierls Compound with High Critical Temperature of 34K, M. Isobe, Y. Ueda, J. Phys. Soc. Jpn. 65, 1178 (1996).

Synthesis, Structure and Physical Properties of Quantum Spin Systems AV2O5 (A=Li, Na, Cs, Mg and Ca),  M. Isobe, phd Thesis, ISSP, The University of Tokyo (1998).

Magnetic bound states in the quarter-filled Ladder System NaV2O5, P. Lemmens, M. Fischer, G. Güntherodt, A. Mishchenko, M. Weiden, R. Hauptmann, C. Geibel and F. Steglich, PRB 58, 14159 (1998).

NaV2O5 as a Quarter-Filled Ladder Compound, H. Smolinski, C. Gros, W. Weber, U. Peuchert, G. Roth, M. Weiden, Ch. Geibel, PRL 80, 5164 (1998).

The Acentric Low-Temperature Superstructure of NaV2O5 , J. Lüdecke, A. Jobst, S. Van Smaalen, E. Morré, Ch. Geibel, H.-G. Krane, PRL 82, 3633 (1999).

Electron-Phonon and Spin-Phonon Coupling in NaV2O5 : Charge Fluctuation Effects, E. Sherman, M. Fischer, P. Lemmens, P.H.M. van Loosdrecht and G. Güntherodt, Europhys. Lett. 46, 648 (1999).

Spin Gap Behavior and Charge Ordering in NaV2O5 probed by Light Scattering, M. Fischer, P. Lemmens, G. Els, G. Güntherodt, E. Sherman, E. Morré, C. Geibel, F. Steglich, PRB 60, 7284 (1999).

 


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p.lemmens-at-tu-bs.de, letzte Änderung: 15.10.2004