Correlations between charge, orbital, and spin degree of freedom in magnetic competing systems

De rijke variëteit aan intrigerende fysische eigenschappen die gevonden wordt binnen de overgangsmetaaloxiden, heeft een niet aflatende interesse opgewekt naar het onderzoek van deze klasse van materialen. De interactie tussen lading, baan, rooster en spin vrijheidsgraden in deze materialen, speelt een hoofdrol in een aantal opwindende en nieuwe eigenschapen waaronder hoge temperatuur supergeleiding, kolossale magnetoweerstand en multiferroi gedrag. Dit proefschrift belicht de rijke verscheidenheid aan lading-, baan-, rooster- en spingeordende toestanden van enige overgangsmetaaloxides en de intrigerende statische en dynamische eigenschappen voortkomend uit deze ordening. Tot de onderzochte systemen behoren TbMnO3 , Pr0.5Ca1.5MnO4 en ijzer-jarosiet. We hebben gebruik gemaakt van een verscheidenheid aan statische en tijd opgeloste technieken om de onderliggende fysische interacties te bestuderen hetgeen geleid heeft tot een meer gedetailleerd inzicht in de fysica van overgangsmetaaloxides. Het belangrijkste experimentele gereedschap gebruikt in deze studie, is optische spectroscopie in combinatie met karakterisering van de structuur, soortelijke warmte, elektrisch transport en magnetische eigenschappen. Bijzondere aandacht is geschonken aan het zoeken en verkennen van lading-orbitaal ordening verschijnselen, de formatie van magnetisch geordende fasetoestanden, de stabiliteit en dynamica van de bijbehorende faseovergangen, de tijdelijke optische respons en veranderingen in de structuur.The rich variety of intriguing physical properties found in the transition metal oxides has sparked the ongoing research interest in this class of materials. In these materials, the interplay between charge, orbital, lattice, and spin degrees of freedom plays a major role in a number of exciting and novel phenomena, including high temperature superconductivity, colossal magnetoresistance, and multiferroic behavior. This thesis highlights the rich variety of charge, orbital, lattice, and spin ordered phases and the intriguing static and dynamic properties arising from these orderings in some of the transition metal oxides. The systems investigated include TbMnO3, Pr0.5Ca1.5MnO4, and iron jarosite. We have addressed, by using a variety of static and time resolved techniques, some of the underlying physical interactions leading to a detailed insight into the physics of transition metal oxides. The main experimental tools used in these studies are optical spectroscopies in combination with characterization of structure, specific heat, electrical transport, and magnetic properties . A particular effort has been devoted to probe and explore charge-orbital ordering phenomena, formation of magnetically ordered phases, the stability and dynamics of the related phase transitions, the transient optical response, and structural changes