FWF - Thermangas - Thermoelektrizität von Manganarseniden

Stark-korrelierte Materialien sind unter den wichtigsten untersuchten Systemen in der Festkörperphysik wegen ihrer faszinierenden und einzigartigen Eigenschaften. Beispiele sind riesige Elektronenmassen in Aktiniumverbindungen, der kolossale Magnetowiderstand oder Hochtemperatursupraleitung. Diese Effekte entstehen durch die starke Wechselwirkung der Elektronen, was eine Einteilchenbeschreibung unmöglich macht. Sie manifestieren sich in ungewöhnlichen Transporteigenschaften, z.B. einem großen Seebeckeffekt oder Magnetowiderstand. Das Hauptaugenmerk dieses Projektes liegt auf einem tieferen Verständnis von thermoelektrischen Eigenschaften von manganbasierten Materialien, die in derselben Symmetrie wie die eisenbasierten Pniktide kristallisieren. Sie unterscheiden sich dadurch qualitativ von den bekannteren Manganperovskiten. Durch die fehlende Kristallfeldaufspaltung ist hier die Multiorbitalphysik grundlegend anders. Als Beispiel dient LaOMnAs, das einen ungewöhnlich großen Seebeckeffekt von 0.24 mV/K zeigt, wenn man es mit Ladungsträgern dotiert. Abschätzungen haben ergeben, dass dieses Material einen Powerfaktor haben könnte, der gleich groß oder sogar größer ist als der von thermoelektrischen Halbleitermaterialien. Das Verstehen von magnetischen Grundzuständen in diesen Systemen ist ebenso von fundamentaler Bedeutung, weil sie wesentlich die Fermifläche des Systems bestimmen. Es gibt in diesem Zusammenhang eine Menge offener Fragen, insbesonders wieso Systeme wie LaOMnAs und BaMn2As2 unterschiedliche magnetische Ordnungen haben, und wieso die Ordnungstemperatur in letzterem Material doppelt so hoch ist. Diese Fragestellungen sind nicht nur von rein akademischem Interesse, sondern haben auch weiterreichende Auswirkungen auf mögliche technologische Anwendungen. In Zeiten von Klimawandel und steigenden Energiekosten wird die Forschung zu Energieeffizienz und erneuerbaren Energiequellen immer wichtiger. Die Transporteigenschaften dieser Materialien zu verstehen wird es ermöglichen, die fundamentalen Prinzipien für gezieltes Design von neuen Materialien zu verwenden. Für die expliziten Berechnungen benötigt man sehr genaue numerische Methoden. In den vergangen Jahren hat sich die Kombination von ab-initio Methoden mit der dynamischen Molekularfeldtheorie als äußerst erfolgreich für die Beschreibung von stark-korrelierten Materialien herausgestellt. Die Entwicklung von neuen continuous-time Monte Carlo Methoden hat einen weiteren Quantensprung für die Anwendung dieser Techniken gebracht, weil dadurch Parameter- und Temperaturbereiche zugänglich wurden, die zuvor undenkbar waren. Nichtsdestotrotz ist die Genauigkeit, die man für die Berechnung von Grundzustandsenergien und Transporteigenschaften braucht, vor allem für Multiorbitalsysteme, noch sehr schwer zu erreichen. Deshalb werden in diesem Projekt auch die bestehenden numerischen Methoden weiterentwickelt. Es wird die variationelle Clusternäherung benutzt, um die Grundzustandsenergie und damit Struktureigenschaften, der Materialien besser beschreiben zu können. Zusammen mit internationalen Partnern werden wir auch an Weiterentwicklungen der Monte Carlo Methoden für eine effiziente Behandlung von SU(2) invarianten Wechselwirkungen in Multiorbitalsystemen arbeiten. Dadurch wird es möglich, die Niederenergieeigenschaften sehr genau zu bestimmen.