Druck treibt Y-Kapellasit in einen fluktuierenden magnetischen Zustand
Ein Forschungsteam unter Beteiligung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung hat gezeigt, dass sich der Kagome-Magnet Y-Kapellasit, Y3Cu9(OH)19Cl8, durch hydrostatischen Druck von einem langreichweitig magnetisch geordneten Zustand in einen vollständig dynamischen, spinflüssigkeitsartigen Zustand überführen lässt. Die Arbeit erschien in Physical Review Letters und wurde dort als Editors’ Suggestion, hervorgehoben – ein Hinweis auf ihre besondere Bedeutung für die Forschung an Quantenmaterialien.
Y-Kapellasit ist ein besonders interessantes Modellsystem, weil es sich um ein strukturell sauberes Kagome-Antiferromagneten handelt. Bei Umgebungsdruck hebt sein verzerrtes Kagome-Gitter die geometrische Frustration teilweise auf und ermöglicht so das Auftreten magnetischer Ordnung unterhalb von etwa 2,2 K. Zugleich hatten frühere Arbeiten gezeigt, dass sich das Material nahe einer Phasengrenze zu einem Spinflüssigkeitszustand befindet. Damit eignet es sich ideal für eine zentrale Frage der frustrierten Magnetismusforschung: Lässt sich magnetische Ordnung allein durch die gezielte Verstärkung von Frustration unterdrücken, ohne Unordnung ins System einzubringen? Die neue Studie zeigt, dass genau dies möglich ist. Mithilfe von Myonen-Spin-Rotation unter hydrostatischem Druck konnten die Forschenden nachweisen, dass der bei Umgebungsdruck vorhandene statische Magnetismus bei 2,3 GPa vollständig verschwindet. Stattdessen bleiben die Spins bis zu den niedrigsten gemessenen Temperaturen dynamisch, ohne Anzeichen eines Spin-Einfrierens. Ergänzende Hochdruck-Röntgenbeugung und Infrarotspektroskopie zeigen, dass dieser Übergang nicht durch eine Strukturphasenumwandlung verursacht wird. Vielmehr verringert der Druck schrittweise die Anisotropie des Kagome-Gitters, erhöht dadurch die magnetische Frustration und lässt zugleich das Cu–O-Gerüst im Wesentlichen intakt.
Genau darin liegt die besondere Bedeutung des Ergebnisses. Bei vielen Kandidaten für Quanten-Spinflüssigkeiten erschwert Unordnung die Interpretation, weil sie ähnliche experimentelle Signaturen hervorrufen kann. In Y-Kapellasit entsteht der fluktuierende Zustand dagegen in sauberen Einkristallen und unter einem kontrollierten äußeren Tuning-Parameter. Die Studie etabliert Y-Kapellasit damit als seltenes Modellsystem, in dem langreichweitige magnetische Ordnung durch druckinduzierten Frustrationszuwachs unterdrückt wird – und eröffnet so einen besonders vielversprechenden Weg hin zu einer Quanten-Spinflüssigkeit ohne starke Unordnung.
