Phasensensitive Tests der Ordnungsparameter-Symmetrie in unkonventionellen Supraleitern auf der Basis des Josephsoneffekts und gebundener Andreev-Zustände

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Dahm; Professor Dr. Reinhold Kleiner
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2010
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 26479100

• Erstellungsjahr: 2012

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen dieses Projektes wurden sowohl experimentelle als auch theoretische Untersuchungen an unkonventionellen Supraleitern durchgeführt. Dabei wurden vor allem gebundene Andreev-Zustände und unkonventionelle Josephsonkontakte untersucht, die phasensensitive Tests für die Ordnungsparametersymmetrie eines gegebenen Supraleiters erlauben. Die wichtigsten Resultate dieses Projektes beinhalten • Ein neues Konzept für die Herstellung von π-Josephsonkontakten allein auf Basis der Geometrie des Kontaktes. • Die Entdeckung, dass gebundene Andreev-Zustände an Supraleiteroberflächen das Eindringen von magnetischen Flußquanten erheblich behindern. • Ein neues Konzept zur Bestimmung des oberen kritischen Magnetfeldes Bc2 eines unkonventionellen Supraleiters mit Hilfe der gebundenen Andreev-Zustände. Dieses Konzept wurde für Korngrenzenkontakte aus dem elektrondotierten Kupratsupraleiter La2−x Cex CuO4 experimentell umgesetzt. Hierbei ergab sich ein wesentlich höheres Bc2 als bislang bekannt war. • Die theoretische Vorhersage, dass gebundene Andreev-Zustände einen außergewöhnlich starken nichtlinearen Meissner-Effekt hervorrufen, der bei tiefen Temperaturen den gesamten nichtlinearen Response dominert. • Die Untersuchung von Störstellenstreuung im Bornschen Limes in Anwesenheit von gebundenen Andreev-Zuständen und externen Magnetfeldern. • Der direkte Nachweis der d-Wellensymmetrie des Ordnungsparameters in dem elektrondotierten Kupratsupraleiter Nd2−x Cex CuO4 (NCCO) mittels Tieftemperatur-Rasterelektronenmikroskopie an NCCO/Nb-Zickzack-Kontakten. • Die Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung qualitativ hochwertiger epitaktischer Dünnfilme (mittels gepulster Laserdeposition) aus dem elektrondotierten “infinite layer” Kupratsupraleiter Sr1−x Lax CuO2 (SLCO). Darauf aufbauend gelang erstmals die Realisierung planarer SLCO/Nb-Tunnelkontakte und von SLCO Korngrenzen-Josephsonkontakten aus SLCO auf Bikristallsubstraten. Mit Hilfe von SLCO-Korngrenzenkontakten auf einem SrTiO3 Tetrakristall konnte ein π-SQUID realisiert werden, was als erster klarer experimenteller Nachweis der d-Wellensymmetrie des Ordnungsparameters in SLCO gewertet werden kann.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Geometric π Josephson junction in d-wave superconducting thin films. Appl. Phys. Lett. 91, 192502 (2007)
  A. Gumann, C. Iniotakis, N. Schopohl
  
• Effect of Surface Andreev Bound States on the Bean-Livingston Barrier in d-wave superconductors. Phys. Rev. Lett 100, 037002 (2008)
  C. Iniotakis, T. Dahm, N. Schopohl
  
• Modification of Born impurity scattering near the surface of d-wave superconductors and influence of external magnetic field. Phys. Rev. B 78, 104524 (2008)
  A. Zare, A. Markowsky, T. Dahm, N. Schopohl
  
• Phase Diagram of the Electron-Doped La2−xCexCuO4 Cuprate Superconductor from Andreev Bound States at Grain Boundary Junctions. Phys. Rev. Lett. 100, 227001 (2008)
  M. Wagenknecht, D. Koelle, R. Kleiner, S. Graser, N. Schopohl, B. Chesca, A. Tsukada, S. T. B. Goennenwein, R. Gross
  
• Imaging of order parameter induced π phase shifts in cuprate superconductors by low-temperature scanning electron microscopy. Phys. Rev. Lett. 103, 067011 (2009)
  C. Gürlich, E. Goldobin, R. Straub, D. Doenitz, Ariando, H.-J. H. Smilde, H. Hilgenkamp, R. Kleiner, D. Koelle
  
• Strong surface contribution to the Nonlinear Meissner Effect in d-Wave Superconductors. Phys. Rev. Lett. 104, 237001 (2010)
  A. Zare, T. Dahm, N. Schopohl
  
• YBa2Cu3O7/La0.7Ca0.3MnO3 bilayers: Interface interface coupling and electric transport properties. Phys. Rev. B 82, 224509 (2010)
  R. Werner, C. Raisch, A. Ruosi, B. A. Davidson, P. Nagel, M. Marx, S. Schuppler, M. Glaser, J. Fujii, T. Chassé, R. Kleiner, D. Koelle
  
• Electric Transport across Sr1−xLaxCuO2/Au/Nb planar tunnel junctions and x-ray photoelectron and Auger-electron spectroscopy on Sr1−xLaxCuO2 thin films. Phys. Rev. B 84, 064521 (2011)
  J. Tomaschko, C. Raisch, V. Leca, T. Chassé, R. Kleiner, D. Koelle
  
• Importance of grain–boundary Josephson junctions in the electron–doped infinite–layer cuprate superconductor Sr1−xLaxCuO2. Phys. Rev. B 84, 214507 (2011)
  J. Tomaschko, V. Leca, T. Selistrovksi, R. Kleiner, D. Koelle