Thermal expansion and transport properties of low-dimensional organic conductors

In the field of strongly correlated electron systems, there is a long standing discussion on whether lattice degrees of freedom play a role for several physical phenomena, among them the Mott MI transition and charge-ordering transition. Charge-transfer salts of the ..-(BEDT-TTF)2X and (TMTCF)2X families have been revealed as model systemss for the study of the latter phenomena. The (TMTCF)2X salts have been recognized as model systems for studying correlation effects in 1D, while the (BEDT-TTF)-based materials for such studies in 2D. In this work, high-resolution dilatometry experiments were performed in order to address these issues. The main results obtained are summarized below. ...Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich hauptsächlich mit der thermischen Ausdehnung niedrigdimensionaler organischer Leiter. Die thermische Ausdehnung kristalliner Materialien ist ein wohlverstandener physikalischer Prozess. Er beruht auf der Temperaturabhängigkeit der interatomaren Abstände, welche wiederum von der Anharmonizität der Gitterschwingungen hervorgerufen wird. Bei den hier untersuchten organischen Ladungstransfersalzen handelt es sich um stark korrelierte, elektronisch ein- oder zweidimensionale Systeme, deren verschiedenartige Grundzustände durch das Wechselspiel von Spin-, Ladungs- und Gitterfreiheitsgraden bestimmt werden. Aufgrund der Größe der Effekte haben sich thermische Ausdehnungsmessungen als eine äußerst nützliche Methode erwiesen, um tiefere Einblicke in die Physik dieser Materialien zu gewinnen. Die hier vorgestellten Ergebnisse wurden an einem ultrahochauflösenden Dilatometer aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Michael Lang (Physikalisches Institut, Goethe Universität - Frankfurt (M)) gewonnen. Systematische Untersuchungen zur thermischen Ausdehnung wurden im Rahmen dieser Arbeit an zwei Materialklassen durchgeführt, zum einen an der Familie der quasieindimensionalen organischen Leiter (TMTTF)2X, wobei TMTTF für Tetramethyltetrathiofulvalen steht, und X ein einwertiges Anion (X = PF6, AsF6 oder SbF6) ist, und zum anderen an der Familie der quasi-zweidimensionalen Κ-(ET)2X, wobei ET = BEDT-TTF die Abkürzung für Bis(ethylen-dithiolo)tetrathiofulvalen (C10S8H8), und X wieder ein einwertiges Anion ist. Diese Materialien stellen Modellsysteme zur Erforschung elektronischer Korrelationen in einer oder zwei Dimensionen dar. Insbesondere hat das vollständig deuterierte Salz Κ-(D8-ET)2Cu[N(CN)2]Br (“Κ-D8-Br”) Aufmerksamkeit auf sich gezogen, da es sich im Phasendiagramm in unmittelbarer Nähe zur S-förmigen Phasengrenzlinie befindet, die den metallischen vom isolierenden Bereich trennt. Dies ermöglicht es, den Mottschen Metall-Isolator(MI)-Übergang (1. Ordnung), eines der Hauptforschungsfelder auf dem Gebiet der stark korrelierten elektronischen Systeme, als Funktion der Temperatur zu untersuchen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden zum ersten Mal experimentelle Resultate gewonnen, welche die wichtige Rolle belegen, die die Gitterfreiheitsgrade für den Mott-MI-Übergang in den obigen Materialien spielen. ..