FOR 538: Dotierungsabhängigkeit von Phasenübergängen und Ordnungsphänomenen in Kupratsupraleitern
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das zentrale Thema der Forschergruppe 538 war die Entschlüsselung des Kopplungsmechanismus, der in den Kupferoxid-Supraleitern zur Cooper-Paarung und zu Sprungtemperaturen Tc oberhalb von 100 K führt. Die Forschergruppe gelangen erhebliche Fortschritte, die auf die enge Verzahnung verschiedener spektroskopischer Methoden, die Simultananalyse der Daten, die experimentnahe Modellbildung und die Verwendung erstklassiger Proben zurückzuführen sind. Besonders hervorzuheben ist eine Untersuchung an YBa2Cu3O6.6, bei der die Spin-Suszeptibilität sowohl aus Photoemissionsdaten als auch aus der Neutronenstreuung abgeleitet wurde. Die selbstkonsistente Analyse liefert klare Hinweise, dass Fluktuationen der Spin-Dichte der Leitungselektronen zur Paarung im Suprazustand beitragen. Theoretische Arbeiten innerhalb und außerhalb der Forschergruppe zeigen, dass man die relativen Beiträge verschiedener Wechselwirkungen zur Cooper-Paarung quantifizieren kann, wenn es gelingt, die Eliashberg-Funktion aus den experimentellen Daten abzuleiten. Auch diese Analyse zeigt, dass die Spin-Fluktuationen eine wichtige Rolle spielen, dass aber auch andere Wechselwirkungen beitragen. Eine eindeutige Identifikation wird dadurch erschwert, dass die magnetische Austauschwechselwirkung bei hohen Energien liegt und experimentell nur schwer zugänglich ist und dass die Wechselwirkungen aufgrund der Elektron-Phonon-Kopplung, sowie der Spin- und Ladungsfluktuationen in ähnlichen Energiebereichen liegen. Man kann aber möglicherweise Symmetrieargumente ausnutzen, um die Hierarchien zu finden. Da Magnetismus als eine der Ursachen für die Supraleitung in den Kupraten identifiziert werden konnte, war die Untersuchung konkurrierender Phasen in der Nachbarschaft zur Supraleitung ein zweites Anliegen der Forschergruppe. In unterdotiertem YBa2Cu3O6+x wurde nematische Ordnung nachgewiesen. Sie steht in Konkurrenz zur Streifenordnung, die in Kupraten mit reduziertem Tc wie La2-xSrxCuO4 auftritt. Erstmalig konnten auch in elektrondotiertem in Nd2-xCexCuO4 Überstrukturen nachgewiesen werden. Die Voraussetzungen für das Auftreten bestimmter Spin- und Ladungsordnungsphänomene konnten theoretisch eingegrenzt werden. Die Beziehung dieser Phasen untereinander sowie zum Pseudolücken-Phänomen und zur Supraleitung konnte aber nicht abschließend geklärt werden. Sowohl Spin- und Ladungsordnung, als auch supraleitende Fluktuationen kommen als Ursache für die Pseudolücke in Frage. Die Zusammenschau aller Beobachtungen und theoretischen Untersuchungen erlaubt den Schluss, dass die Supraleitung in den Kupraten im Gegensatz zu den konventionellen Materialien auf mehrere Faktoren zurückzuführen ist, deren relative Bedeutung und Dotierungsabhängigkeit weiter aufgeklärt werden müssen. In diesem Zusammenhang ist die Untersuchung der Eisenpniktide, die zahlreiche Ähnlichkeiten mit den Kupraten haben, besonders vielversprechend. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten haben zu 151 Publikationen geführt. Die Zusammenarbeit wird durch 42 Publikationen belegt, an denen Arbeitsgruppen aus 2 oder mehr Teilprojekten beteiligt waren. Eine Zusammenfassung der Forschungsergebnisse wurde im Oktober 2010 in Band 188 von Eur. Phys. J. Special Topics veröffentlicht.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Dynamics of the Pairing Interaction in the Hubbard and t-J Models of High-Temperature Superconductors. Phys. Rev. Lett. 100, 237001 (2008)
T. A. Maier, D. Poilblanc, D. J. Scalapino
- Electronic liquid crystal state in the high-temperature superconductor YBa2Cu3O6.45. Science 319, (2008)
V. Hinkov, D. Haug, B. Fauqué, P. Bourges, Y. Sidis, A. Ivanov, C. Bernhard, C. T. Lin, B. Keimer
- Charge ordering in La1.8-xEu0.2SrxCuO4 studied by resonant soft x-ray diffraction. Phys. Rev. B 79, 100502(R) (2009)
J. Fink, E. Schierle, E. Weschke, J. Geck, D. Hawthorn, V. Soltwisch, H. Wadati, H.-H. Wu, H. A. Dürr, N. Wizent, B. Büchner, G. A. Sawatzky
- Lattice symmetry breaking in cuprate superconductors: Stripes, nematics, and superconductivity. Adv. Phys. 58, 699 (2009)
M. Vojta
- Strength of the spin-fluctuation-mediated pairing interaction in a high-temperature superconductor. Nat. Phys. 5, 217 (2009)
T. Dahm, V. Hinkov, S. V. Borisenko, A. A. Kordyuk, V. B. Zabolotnyy, J. Fink, B. Büchner, D. J. Scalapino,W. Hanke, B. Keimer
- Charge order and low frequency spin dynamics in lanthanum cuprates revealed by nuclear magnetic resonance. Eur. Phys. J. Special Topics 188, 89 (2010)
H.-J. Grafe, N.J. Curro, B.L. Young, A. Vyalikh, J. Vavilova, G.D. Gu, M. Hücker, B. Büchner
- Iron pnictide superconductors studied by the functional renormalization group. Eur. Phys. J. Special Topics 188, 33 (2010)
C. Honerkamp
- Magnetic Breakdown in Nd2-xCexCuO4: Evidence for Translational Symmetry Breaking in a Strongly Overdoped Cuprate Superconductor. Phys. Rev. Lett. 105, 247002 (2010)
T. Helm, M. V. Kartsovnik, I. Sheikin, M. Bartkowiak, F. Wolff-Fabris, N. Bittner, W. Biberacher, M. Lambacher, A. Erb, J. Wosnitza, R. Gross
- The 3-band Hubbard model versus the 1-band model for the high-Tc cuprates: Pairing dynamics, superconductivity and the ground-state phase diagram. Eur. Phys. J. Special Topics 188, 15 (2010)
W. Hanke, M. L. Kiesel. M. Aichhorn, S. Brehm, E. Arrigoni
- Evidence of a Precursor Superconducting Phase at Temperatures as High as 180 K in RBa2Cu3O7-δ (R=Y,Gd,Eu) Superconducting Crystals from Infrared Spectroscopy. Phys. Rev. Lett. 106, 047006 (2011)
A. Dubroka, M. Rössle, K.W. Kim, V.K. Malik, D. Munzar, D.N. Basov, A. Schafgans, S.J. Moon, C.T. Lin, D. Haug, V. Hinkov, B. Keimer, Th. Wolf, J.G. Storey, J.L. Tallon, C. Bernhard
- Extracting the dynamical effective interaction and competing order from an analysis of Raman spectra of the high-temperature La2−xSrxCuO4 superconductor. Phys. Rev. B (2011)
S. Caprara, C. Di Castro, B. Muschler, W. Prestel, R. Hackl, M. Lambacher, A. Erb, Seiki Komiya, Yoichi Ando, M. Grilli
