Quantenoszillationsexperimente an quasi-zweidimensionalen organischen Metallen: (BEDT-TTF)4[Ni(dto)2] und k-(BEDT-TTF)2I3

Abstract

Inhalt dieser Arbeit sind de Haas-van Alphen- (dHvA) und Shubnikow-de Haas- (SdH) Messungen an organische Radikalkationensalze auf der Basis des Donors Bis(ethylendithiolo)tetrathiofulvalen (BEDT-TTF). Diese Substanzen besitzen häufig ein niederdimensionales Elektronensystem (ES), was sich in der Form der Fermifläche abzeichnet. DHvA und SdH-Experimente gekoppelt mit der Lifshitz-Kosevich-Theorie (LK-Theorie) bilden ein Standardverfahren zur Charakterisierung der Fermiflächen von Festkörpern. Mit (BEDT-TTF)4[Ni(dto)2] wurde eine erstmals synthetisierte Substanz untersucht. Richtungsabhängige Messungen des spezifischen Widerstandes zeigen, daß hier ein organisches Metall mit stark anisotropen Elektronentransport vorliegt. Die aus den Messungen ermittelte Fermifläche stimmt gut mit der berechneten überein. Ebenfalls sehr gut lassen sich die Messungen mit Hilfe der LK-Theorie beschreiben, was bei dieser Substanzklasse nicht selbstverständlich ist. BEDT-TTF-Salze mit stark 2-dimensionalen ES weichen häufig deutlich von der LK-Theorie ab. Bei k-(BEDT-TTF)2I3, das ein annähernd ideales 2-dimensionales ES besitzt, weichen die Ergebnisse aus SdH-Messungen unter gewissen Bedingungen drastisch von der LK-Theorie ab. Bei einer Magnetfeldorientierung senkrecht zur (b,c)-Ebene des Kristalls (Theta = 0°) zeigen sich bei hohen Magnetfeldern und tiefen Temperaturen Dämpfungen der Oszillationsamplituden, wie sie nach der LK-Theorie nicht zu verstehen sind. Es konnte nun gezeigt werden, dass diese Dämpfungen nur in SdH- nicht aber in dHvA-Experimenten auftreten. Dies wird zurückgeführt auf das mögliche Auftreten von Lokalisierungseffekten beim Elektronentransport. Unter der Annahme, dass ein äußerer Druck die starke 2-Dimensionalität des Systems zerstören kann wurde untersucht, ob unter Druck die Dämpfungseffekte in den SdH-Messungen bei Theta = 0° verschwinden. Damit sollte umgekehrt gezeigt werden, dass diese Dämpfungseffekte eine direkte Folge der hohen 2-Dimensionalität sind.

De Haas-van Alphen (dHvA) and Shubnikov-de Haas (SdH) experiments combined with the Lifshitz-Kosevich theory are often used to estimate the Fermi surface (FS) and therefore to characterise the electronic behaviour of materials. In the present work two chargetransfer complexes based on the electron donor bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene (BEDTTTF) are investigated. First the FS of the new organic metal (BEDTTTF)4[Ni(dto)2 ] has been investigated by dHvA and SdH experiments. These results confirm the calculated FS. It is shown that the temperature and field dependence of the oscillation amplitudes can be well described by standard LK theory. Beatings of the oscillation amplitudes are observed by field dependent dHvA and SdH experiments. Second dHvA and SdH experiments on the known organic superconductor k-BEDT-TTF2I3 at high magnetic fields, low temperatures and a magnetic field orientation nearly perpendicular to the (b,c)-plane of the crystal have been done. The measurements show that unusual dampings of the oscillation amplitudes which cannot be explained by LK theory only occur in SdH-measurements. If measurements have been done under pressure of about 2kbar the damping effects in SdH signal vanish. The reason can by a disturbtion of the high 2-dimensionality of the electronic system. The results from SdH experiments at 9kbar completely differs from those under ambient pressure or 2kbar.