Ladungsordnungsphänomene in unterdotierten Hochtemperatursupraleitern: Signaturen in der inelastischen Elektronenstreuung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ladungsordnungsphänomene spielen eine wichtige Rolle im Verständnis des Phasendiagramms der Hochtemperatursupraleiter, insbesondere im sogenannten unterdotierten Bereich, der bis heute nicht vollständig verstanden ist. In diesem Projekt wurden ausgewählte Vertreter solcher Hochtemperatursupraleiter, die Materialien Ca2-xNaxCuO2Cl2 mit x=0,05 und x=0,1 mit der inelastischen Elektronenstreuung oder Elektronen-Energieverlustspektroskopie untersucht. Wir konnten zeigen, dass die Entwicklung der elektronischen Anregungen, wie sie sich in der Verlustfunktion (mit EELS direkt gemessen) manifestieren, eine Symmetriebrechung im unterdotierten Bereich anzeigen, die auf dynamische Inhomogenitäten der Ladungsverteilung („Streifen“) hinweist. Wichtig hierbei ist, dass die untersuchten Materialien keine statische Ladungsordnung ausbilden. Es ist bisher nicht gelungen, unsere Messergebnisse mit theoretischen Modellen zu beschreiben, dies ist Gegenstand gegenwärtiger Anstrengungen. In einem zweiten Teil des Projekts widmeten wir uns einer anderen Materialklasse, den Übergangsmetalldichalkogeniden. Viele Vertreter, wie die hier betrachteten 2H- TaSe2, 2H-NbSe2 oder 2H-TaS2, bilden unterhalb einer charakteristischen Temperatur eine Ladungsdichtewelle (charge density wave, CDW) aus, die auch mit einer Gitterverzerrung einhergeht. Wir konnten zeigen, dass die Dispersion der Ladungsträgerplasmonen in diesen Materialien negativ ist, was einfachen Modellvorstellungen widerspricht. Hier konnten wir in Zusammenarbeit mit Dr. J. van Wezel (Argonne National Laboratory) ein empirisches Modell entwickeln, welches in der Lage ist, dieses Verhalten zu erklären. Allerdings sind noch nicht alle Einflüsse, die die Plasmonendispersion verändern können, verstanden. Gegenwärtig arbeiten wir in Fortsetzung der Arbeiten mit mehreren Gruppen zusammen, um die aufgeworfenen offenen und sehr interessanten Fragen zu klären. Mit dem Theoretiker Dr. Krzysztof Wohlfeld vom Stanford Institute for Materials and Energy Sciences analysieren wir gemeinsam Plasmonen in Kupraten, um den Einfluss möglicher Ladungsinhomogenitäten innerhalb korrelierter Systeme zu verstehen. Unsere Publikationen zu den Plasmonendispersionen in Übergangsmetalldichalkogeniden initiierten eine Kooperation mit Prof. Angel Rubio (San Sebastian und FHI Berlin) und Dr. Simo Huotari (Universität Helsinki) zum Einfluss weiterer Freiheitsgrade (z.B. der Bandstruktur/ speziellen Form der impulsabhängigen Zustandsdichte) auf die Plasmonendispersion.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Phys. Rev. B 79, 214517 (2009)
R. Schuster, S. Pyon, M. Knupfer, J. Fink, M. Azuma, M. Takano, H. Takagi, B. Büchner
- Electron energy-loss spectroscopy in underdoped cuprates and transition metal dichalcogenides, Dissertation, TU Dresden, 2010
R. Schuster
- Phys. Rev. B 82, 245110 (2010)
F. Roth, C. Hess, B. Büchner, U. Ammerahl, A. Revcolevschi, M. Knupfer
- Phys. Rev. Lett. 107, 176404 (2011)
J. van Wezel, R. Schuster, A. König, M. Knupfer, J. van den Brink, H. Berger, B. Büchner
- EPL 100, 27002 (2012)
A. König, K. Koepernik, R. Schuster, R. Kraus, M. Knupfer, B. Büchner, H. Berger
- Phys. Rev. B 86, 245112 (2012)
R. Schuster, S. Pyon, M. Knupfer, M. Azuma, M. Takano, H. Takagi, B. Büchner
- Charge density waves and collective dynamics in the transition metal dichalcogenides: an electron energy-loss study, Dissertation, TU Dresden, 2013
A. König
- Phys. Rev. B 87, 195119 (2013)
A. König, R. Schuster, M. Knupfer, B. Büchner, H. Berger
