Festkörperphysik II - Technische Universität Wien
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2.3. UNKONVENTIONELLE SUPRALEITER 17 Abbildung 2.13: Tetragonale Hochtemperatur-Struktur von La2−xSrxCuO4 [Damascelli et al., Rev. Mod. Phys. 75 (2003) 474]. Abbildung 2.14: Phänomenologisches Phasendiagramm der Hochtemperatur-Supraleiter am Beispiel von Nd2−xCexCuO4 und La2−xSrxCuO4 [Damascelli et al., Rev. Mod. Phys. 75 (2003) 473]. schliesslich eine supraleitende Phase stabilisiert. Der supraleitende Ordnungsparameter (die Energielücke) hat nicht wie bei konventionellen Supraleitern s-Wellen-Symmetrie, sondern
18 KAPITEL 2. MATERIALIEN DER AKTUELLEN FORSCHUNG d-Wellen-Symmetrie. Das heißt, dass die Energielücke an bestimmten Orten der Fermifläche verschwindet. Hier sind elektronische Anregungen beliebig kleiner Energie möglich. Proben mit maximaler Sprungtemperatur werden als optimal dotiert“ (optimally doped) be- ” zeichnet, solche mit kleinerer bzw. größerer Dotierung als unterdotiert“ (underdoped) bzw. ” ” überdotiert“ (overdoped). Im wesentlich genauer untersuchen Loch-dotierten Fall gibt es eine weitere Linie im Phasendiagramm. Unterhalb dieser oft mit T ∗ bezeichneten charakteristischen Temperatur verschwinden niederenergetische Spin-Fluktuationen mit abnehmender Temperatur, was auf eine (Pseudo-)Energielücke (pseudogap) der Breite kBT ∗ im elektronischen Anregungsspektrum zurückgeführt wird. Innerhalb diesem pseudogap-Bereich kann es je nach Material und Probenqualität weitere Phasen mit lokaler oder inkommensurabler (nicht gitterperiodischer) magnetischer Ordnung geben, z.B. einen Spin-Glas-Zustand oder einen als ” Streifen“ (stripes) bezeichneten Zustand mit inhomogener Spin- und Ladungsordnung, der statisch oder zeitlich fluktuierend sein kann (vgl. Abschnitt 4.14). In überdotierten Proben scheinen magnetische Korrelationen hingegen vernachlässigbar zu sein. Damit drängt sich ein Vergleich mit Schwere-Fermionen-Supraleitern wie dem in Abschnitt 2.2.2 besprochenen CePd2Si2 auf. Die Rolle der Néel-Temperatur spielt im Fall der Hochtemperatur-Supraleiter die pseudogap-Temperatur T ∗ . Es wird spekuliert, dass es einen quantenkritischen Punkt gibt, an dem T ∗ verschwindet und dass die Cooper-Paare durch den Austausch kritischer Spinfluktuationen gebildet werden. Tatsächlich wird auch in Hochtemperatur-Supraleitern in der Umgebung dieses hypothetischen quantenkritischen Punktes Nicht-Fermiflüssigkeitsverhalten beobachtet (Abb.2.15), so z.B. ein mit der Temperatur linear ansteigender elektrischer Widerstand (Abb.2.16). Es muss aber betont werden, dass es für diese Erklärung derzeit keinen breiten Konsens gibt, ebensowenig wie für irgend einen anderen Erklärungsansatz. Abbildung 2.15: Schematisches Phasendiagramm der Hochtemperatur-Supraleiter [Orenstein und Millis, Science 288 (2000) 468].
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18 KAPITEL 2. MATERIALIEN DER AKTUELLEN FORSCHUNG<br />
d-Wellen-Symmetrie. Das heißt, dass die Energielücke an bestimmten Orten der Fermifläche<br />
verschwindet. Hier sind elektronische Anregungen beliebig kleiner Energie möglich. Proben<br />
mit maximaler Sprungtemperatur werden als optimal dotiert“ (optimally doped) be-<br />
”<br />
zeichnet, solche mit kleinerer bzw. größerer Dotierung als unterdotiert“ (underdoped) bzw.<br />
”<br />
” überdotiert“ (overdoped). Im wesentlich genauer untersuchen Loch-dotierten Fall gibt es<br />
eine weitere Linie im Phasendiagramm. Unterhalb dieser oft mit T ∗ bezeichneten charakteristischen<br />
Temperatur verschwinden niederenergetische Spin-Fluktuationen mit abnehmender<br />
Temperatur, was auf eine (Pseudo-)Energielücke (pseudogap) der Breite kBT ∗ im elektronischen<br />
Anregungsspektrum zurückgeführt wird. Innerhalb diesem pseudogap-Bereich kann<br />
es je nach Material und Probenqualität weitere Phasen mit lokaler oder inkommensurabler<br />
(nicht gitterperiodischer) magnetischer Ordnung geben, z.B. einen Spin-Glas-Zustand<br />
oder einen als ” Streifen“ (stripes) bezeichneten Zustand mit inhomogener Spin- und Ladungsordnung,<br />
der statisch oder zeitlich fluktuierend sein kann (vgl. Abschnitt 4.14). In<br />
überdotierten Proben scheinen magnetische Korrelationen hingegen vernachlässigbar zu<br />
sein. Damit drängt sich ein Vergleich mit Schwere-Fermionen-Supraleitern wie dem in Abschnitt<br />
2.2.2 besprochenen CePd2Si2 auf. Die Rolle der Néel-Temperatur spielt im Fall<br />
der Hochtemperatur-Supraleiter die pseudogap-Temperatur T ∗ . Es wird spekuliert, dass es<br />
einen quantenkritischen Punkt gibt, an dem T ∗ verschwindet und dass die Cooper-Paare<br />
durch den Austausch kritischer Spinfluktuationen gebildet werden. Tatsächlich wird auch<br />
in Hochtemperatur-Supraleitern in der Umgebung dieses hypothetischen quantenkritischen<br />
Punktes Nicht-Fermiflüssigkeitsverhalten beobachtet (Abb.2.15), so z.B. ein mit der Temperatur<br />
linear ansteigender elektrischer Widerstand (Abb.2.16). Es muss aber betont werden,<br />
dass es für diese Erklärung derzeit keinen breiten Konsens gibt, ebensowenig wie für irgend<br />
einen anderen Erklärungsansatz.<br />
Abbildung 2.15: Schematisches Phasendiagramm der Hochtemperatur-Supraleiter [Orenstein<br />
und Millis, Science 288 (2000) 468].
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