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Manuel Fix

• Diese Arbeit stellt eine systematische experimentelle Untersuchung der magnetischen Relaxationseffekte in Eisen-dotiertem Lithiumnitrid (Li3-xFexN) dar. Der Fokus liegt dabei auf der Analyse von Proben mit sehr geringer Dotierung (x<<1), bei welchen die Kopplung der Eisen-Ionen nahezu verschwindet. Hier wird anhand isothermer Magnetisierungsmessungen eindeutig belegt, dass der Spin-Umklapp-Prozess (ohne angelegtes Magnetfeld) durch ein Quantentunneln der Magnetisierung zustande kommt. Die Zeitabhängigkeit der Magnetisierung erlaubt eine quantitative Bestimmung der relevanten Relaxationszeiten. Die beobachtete Tunnelresonanz ist extrem schmal und lässt sich bereits durch sehr kleine Magnetfelder im Bereich weniger Millitesla fast vollständig unterdrücken. Die gesamte Temperaturabhängigkeit der Relaxationszeiten kann durch die Kombination aus drei Relaxationsprozessen beschrieben werden, die jeweils in unterschiedlichen Temperaturbereichen dominant sind. Ausgehend von dieserDiese Arbeit stellt eine systematische experimentelle Untersuchung der magnetischen Relaxationseffekte in Eisen-dotiertem Lithiumnitrid (Li3-xFexN) dar. Der Fokus liegt dabei auf der Analyse von Proben mit sehr geringer Dotierung (x<<1), bei welchen die Kopplung der Eisen-Ionen nahezu verschwindet. Hier wird anhand isothermer Magnetisierungsmessungen eindeutig belegt, dass der Spin-Umklapp-Prozess (ohne angelegtes Magnetfeld) durch ein Quantentunneln der Magnetisierung zustande kommt. Die Zeitabhängigkeit der Magnetisierung erlaubt eine quantitative Bestimmung der relevanten Relaxationszeiten. Die beobachtete Tunnelresonanz ist extrem schmal und lässt sich bereits durch sehr kleine Magnetfelder im Bereich weniger Millitesla fast vollständig unterdrücken. Die gesamte Temperaturabhängigkeit der Relaxationszeiten kann durch die Kombination aus drei Relaxationsprozessen beschrieben werden, die jeweils in unterschiedlichen Temperaturbereichen dominant sind. Ausgehend von dieser starken Verdünnung der Eisen-Ionen, wurden Proben mit zunehmender Eisen-Konzentration untersucht. Aufgrund der hierdurch verursachten kleinen, aber endlichen Wechselwirkung der Eisen-Ionen wird das Quantentunneln der Magnetisierung mit zunehmendem Eisen-Anteil systematisch unterdrückt. Außerdem wird gezeigt, dass die zusätzlichen sprunghaften Änderungen der Magnetisierung, welche beim Durchfahren der isothermen Magnetisierungskurven auftreten und zu einer „Feinstruktur“ der Messkurve führen, durch kollektive (2-Spin-) Tunnelprozesse verursacht werden. Unter Einbezug solcher Prozesse konnten die Sprungpositionen über einen weiten Feldbereich von 0.1 bis 7 Tesla quantitativ beschrieben werden. Des Weiteren wurden isotopensubstituierte Proben synthetisiert und untersucht. Die Veränderung des Kernspins der Eisen-, beziehungsweise Stickstoffkerne lässt eine direkte Beeinflussung der Hyperfeinwechselwirkung zu, welche zum Quantentunneln in kleinen Magnetfeldern führen kann. Während bei Substitution der Eisen-Ionen durch Fe-57 keine Veränderungen beobachtet wurden, konnte durch Substitution der Stickstoffkerne mit N-15 eine deutliche Auswirkung auf das Quantentunneln der Magnetisierung erreicht werden.…