Zusammenwirken von Fluktuationen, Ordnungsphänomenen und neuen Phasen

• Antragsteller: Professor Dr. Rudolf Hackl
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401741989

Hochtemperatur-Supraleiter sind inzwischen anwendungsrelevant, aber zahlreiche grundlegende wissenschaftliche Fragestellungen bleiben offen. So zeigen sie zusätzliche Instabilitäten, die ähnlich interessant sind wie die Supraleitung selbst. Eine der zentralen ungelösten Fragen betrifft die Wechselbeziehung dieser Phasen untereinander und mit der Supraleitung. In vielen Fällen gehen der geordneten Phase Fluktuationen voran. Die mit den Fluktuationen einhergehende erhöhte Suszeptibilität gilt als eine der Ursachen für die hohen Sprungtemperaturen. Häufig ist jedoch nicht einmal die Natur der Fluktuationen klar. Es ist der Zweck dieses Antrags, den Einfluss von Spin-, Orbital-, Ladungs- und Ordnungsparameterfluktuationen in ausgewählten Systemen zu untersuchen. Die Arbeiten zielen auf die Identifizierung der Art der Fluktuationen und deren Wechselbeziehung untereinander und zu neuen Phasen ab. Als experimentelle Methode wird inelastische Lichtstreuung (Raman-Effekt) als Funktion der Photonen-Polarisation und -Energie, des Magnetfeldes, von hydrostatischem und uniaxialem Druck und der Temperatur eingesetzt. Zur Identifizierung der Ursache der Fluktuationen sollen deren Symmetrie, die Veränderungen mit der Anregungswellenlänge, der Temperatur, dem äußeren Magnetfeld und dem Druck, sowie der spektrale Verlauf quantitativ analysiert werden. Mithilfe von Isotopenaustausch soll die Kopplung von Fluktuationen und Gitter bestimmt werden. Es ist vorgesehen, solche Systeme für die Arbeiten auszuwählen, in denen die Fluktuationen und Phasen durch Einstellung eines Kontrollparameters wie Dotierung oder Druck beeinflusst werden können. Wenn die Fluktuationen der durch die Variation des Kontrollparameters unterdrückten Phase überleben, können sie eine Wechselbeziehung zu der neuen Phase haben. Prototypische Materialien für diese Wechselbeziehung sind die Kuprate, organische Metalle, Systeme schwerer Fermionen oder die Ferro-Pniktide und -Chalkogenide. In all diesen Systemen existieren konkurrierende Phasen, aber die Rolle der Fluktuationen und deren Bedeutung bleiben Gegenstand kontroverser Diskussionen. Neben kritischen Fluktuationen gibt es auch Amplitudenfluktuationen des Ordnungsparameters geordneter Phasen, die äquivalent zu den Higgs-Moden der Feldtheorie sind. Diese Moden können die Spektraleigenschaften von Spin- und Energielückenanregungen beeinflussen. Es ist geplant, die Linienformen von Spin-Anregungen als Funktion der Photonenenergie zu untersuchen, sodass die Einflüsse von Amplitudenfluktuationen und Multimagnon-Anregungen getrennt und Wechselwirkungsparameter bestimmt werden können. Im Supraleiter hinterlassen sie einen Fingerabdruck der Cooper-Paarung. Es ist zu erwarten, dass wichtige offene Fragen im Hinblick auf Ursprung und Wechselbeziehung kritischer Fluktuationen zu anderen Phasen und auf die Ableitung mikroskopischer Parameter beantwortet werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen