Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban. Pergerné Klupp Gyöngyi. Matus Péter, Kamarás Katalin MTA SZFKI

Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban Pergerné Klupp Gyöngyi Matus Péter, Kamarás Katalin MTA SZFKI

Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban Tartalom 2 Bevezetés az A 3 C 60 (A = K, Rb, Cs) alkálifém-fulleridekről A Cs 3 C 60 hőmérsékletfüggő IR spektruma Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban Konklúziók

Motiváció 3 Jelenségek a Cs 3 C 60 -ban: fémes vezetés szupravezetés mágnesesség Mott-átmenet Jahn Teller-effektus IR spektroszkópia: szimmetriára érzékeny lokális időskálája gyors Alapállapot: mágneses Mott Jahn Teller-szigetelő A.Y. Ganin, Y. Takabayashi, Y.Z. Khimyak, S. Margadonna, A. Tamai, M.J. Rosseinsky, K. Prassides: Nature Materials, 7:367, 2008. M. Capone, M. Fabrizio, C. Castellani, E. Tosatti: Rev. Mod. Phys. 81, 943 (2009).

A C 60 IR spektruma 4 500 600 700 1100 1200 1300 1400 1500 A (önkényes egység) 500 600 700 1100 1200 1300 1400 1500 ν* / cm -1 fcc 2 A g + 3 T 1g + 4 T 2g + 6 G g + 8 H g + A u + 4 T 1u + 5 T 2u + 6 G u + 7 H u 174 rezgési szabadsági fok 46 rezgési módus 4 IR aktív módus W. Krätschmer, K. Fostiropoulos, D. R. Huffman: Chem. Phys. Lett., 170:167, 1990.

A C 60 molekulapályái 5 E MO t 1u R. C. Haddon: Acc. Chem. Res. 25:127, 1992.

A C 60 interkalálása 6 + 3 A C 60 szigetelő A 3 C 60 (A = Na, K, Rb) fémes P. W. Stephens, L. Mihaly, P. L. Lee, R. L. Whetten, S.-M. Huang, R. Kaner, F. Diederich, K. Holczer. Nature, 351:632, 1991

Szupravezetés 7 R. M. Fleming, A. P. Ramirez, M. J. Rosseinsky, D. W. Murphy, R. C. Haddon, S. M. Zahurak, A. V. Makhija: Nature 352:787 (1991)

Szupravezetés 8 R. M. Fleming, A. P. Ramirez, M. J. Rosseinsky, D. W. Murphy, R. C. Haddon, S. M. Zahurak, A. V. Makhija: Nature 352:787 (1991)

Szupravezetés 9 A.Y. Ganin, Y. Takabayashi, Y.Z. Khimyak, S. Margadonna, A. Tamai, M.J. Rosseinsky, K. Prassides: Nature Materials, 7:367, 2008.

A15 Cs 3 C 60 10 Y. Takabayashi, A. Y. Ganin, P. Jeglic, D. Arcon, T. Takano, Y. Iwasa, Y. Ohishi, M. Takata, N. Takeshita, K. Prassides, M. J. Rosseinsky: Science, 323:1585, 2009.

fcc Cs 3 C 60 11 SC A. Y. Ganin, Y. Takabayashi, P. Jeglic, D. Arcon, A. Potocnik, P. J. Baker, Y. Ohishi, M. T. McDonald, M. D. Tzirakis, A. McLennan, G. R. Darling, M. Takata, M. J. Rosseinsky, K. Prassides: Nature, 466:221, 2010 Y. Ihara, H. Alloul, P. Wzietek, D. Pontiroli, M. Mazzani, M. Ricco: Phys. Rev. Lett. 104:256402, 2010.

Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban Tartalom 12 Bevezetés az A 3 C 60 alkálifém-fulleridekről A Cs 3 C 60 hőmérsékletfüggő IR spektruma Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban Konklúziók

A Cs 3 C 60 IR spektruma 14 500 600 700 1200 1300 1400 A (önk. e.) fcc 28 K fcc 300 K A15 28 K A15 300 K 500 600 700 1200 1300 1400 Hullámszám (cm -1 ) új csúcsok felhasadás szimmetria csökken

A felhasadás hőmérsékletfüggése 15 fcc Cs 3 C 60 A15 Cs 3 C 60 550 1250 1300 1350 1400 T 1u (2) G u (6) +T 1u (4) 400 K A (önk. e.) 550 1250 1300 1350 1400 320 K 28 K ~80 K A (önk. e.) 180 K 28 K ~300 K ~80 K 550 1250 1300 1350 1400 Hullámszám (cm -1 ) 550 1250 1300 1350 1400 Hullámszám (cm -1 ) Fokozatos átmenet, nincs fázisátalakulás

Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban Tartalom 16 Bevezetés az A 3 C 60 alkálifém-fulleridekről A Cs 3 C 60 hőmérsékletfüggő IR spektruma Jahn Teller-effektus Cs 3 C 60 -ban Konklúziók

Kristálytér 17 Az IR időskálán nem forog a molekula. fcc Cs 3 C 60 I h T h T 1u (IR) T 1u (IR) G u A 1u +T 1u (IR) A15 Cs 3 C 60 I h T h, 2C 3-60 /primitív cella T 1u (IR) T 1u (IR) + T 2u G u A 1u +A 2u +T 1u (IR)+T 2u A. Y. Ganin, Y. Takabayashi, P. Jeglic, D. Arcon, A. Potocnik, P. J. Baker, Y. Ohishi, M. T. McDonald, M. D. Tzirakis, A. McLennan, G. R. Darling, M. Takata, M. J. Rosseinsky, K. Prassides: Nature, 466:221, 2010 P. Jeglič, D. Arcon, A. Potocnik, A. Y. Ganin, Y. Takabayashi, M. J. Rosseinsky, K. Prassides: Phys. Rev. B, 80:195424, 2009

Jahn Teller-effektus 18 3-3 C 60 : t 1u 8H g I h D 2h E MO S = ½ t 1u b 1u + b 2u + b 3u Rezgési módusok: T 1u (IR) G u B 1u (IR) + B 2u (IR) + B 3u (IR) A u + B 1u (IR) + B 2u (IR) + B 3u (IR) A. Auerbach, N. Manini, E. Tosatti, Phys. Rev. B 49:12998 (1994); Y. Takabayashi, A. Y. Ganin, P. Jeglic, D. Arcon, T. Takano, Y. Iwasa, Y. Ohishi, M. Takata, N. Takeshita, K. Prassides, M. J. Rosseinsky : Science, 323:1585, 2009 Y. Ihara, H. Alloul, P. Wzietek, D. Pontiroli, M. Mazzani, M. Ricco: Phys. Rev. Lett. 104:256402, 2010

Pszeudorotáció 19 szabad pszeudorotáció: I h szimmetria gátolt pszeudorotáció: IR mérés időskáláján statikus lehet statikus torzulás I. B. Bersuker: The Jahn-Teller Effect, Cambridge University Press 2006

Kristálytér 20 c b a Cs + C 60 3- kölcsönhatás függ a szerkezettől a különböző irányú torzulások eltérő energiájúakká válnak megváltoztatja a torzulás alakját

Hőmérsékletfüggő konformerek 21 c b a E pot E pot Q Q T

Konklúziók 22 A Jahn Teller-torzulás egyértelműen kimutatható mindkét polimorfban 28-320 K tartományban. A kristálytér csak módosít a torzulásokon, a hőmérsékletfüggésért és a kristályszerkezettől való függésért felelős. Szobahőmérsékleten a pszeudorotáció gátolt, a torzulás az IR mérés időskáláján minden hőmérsékleten statikus.

Köszönetnyilvánítás 23 MTA SZFKI A. Y. Ganin, A. McLennan, M. J. Rosseinsky University of Liverpool Y. Takabayashi, M. T. McDonald, K. Prassides University of Durham

Anyagok és módszerek fcc Cs 3 C 60 A15 Cs 3 C 60 A.Y. Ganin, A. McLennan, M.J. Rosseinsky, Y. Takabayashi, M.T. McDonald, K. Prassides 480-4000 cm -1 ; 28-400 K G. Klupp, P. Matus, K. Kamarás

A Cs 3 C 60 és a K 3 C 60 IR spektruma 13 600 800 1000 1200 1400 1.2 1.0 A 0.8 fcc K 3 C 60 0.6 0.4 fcc Cs 3 C 60 600 800 1000 1200 1400 Hullámszám (cm -1 ) A Cs 3 C 60 mindkét polimorfja szigetelő. Y. Iwasa, T. Kaneyasu, Phys. Rev. B 51:3678, 1995 Y. Takabayashi, A. Y. Ganin, P. Jeglic, D. Arcon, T. Takano, Y. Iwasa, Y. Ohishi, M. Takata, N. Takeshita, K. Prassides, M. J. Rosseinsky : Science, 323:1585, 2009

Több fázis jelenléte 86% fcc Cs 3 C 60 + 3% A15 Cs 3 C 60 + 7% bco Cs 4 C 60 + 4% CsC 60 14% fcc Cs 3 C 60 + 71% A15 Cs 3 C 60 + 15% bco Cs 4 C 60 A (önk. e.) ~90K 100% fcc fcc-ben gazdag A (önk. e.) ~90K 100% A15 A15-ben gazdag 1300 1350 1400 Hullámszám (cm -1 ) 1300 1350 1400 Hullámszám (cm -1 ) A (önk. e.) 300 K 100% fcc fcc-ben gazdag A (önk. e.) 300 K 100% A15 A15-ben gazdag 1300 1350 1400 Hullámszám (cm -1 ) 1250 1300 1350 1400 Hullámszám (cm -1 )

Kooperatív Jahn Teller-effektus C 3-60 C 3-60 kölcsönhatás megszabja a torzulás irányát függ a molekulák relatív orientációjától függ a szerkezettől hőmérséklet növelésével eltűnik a torzulás alakja változatlan spektrum változatlan I. B. Bersuker: The Jahn-Teller Effect, Cambridge University Press 2006