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Nichtlinearer Hall-Effekt in der Pseudogap-Phase von unterdotierten Kupratsupraleitern
Georg Zechner
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Betreuer*in
Wolfgang Lang
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29991.16605.424264-3
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Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Der Inhalt dieser Arbeit war die Untersuchung des unterdotierten Hochtemperatur- Supraleiters YBa2Cu3O(7-x) auf Abweichungen vom Ohmschen Gesetz, also dem linearen Verhältnis von Strom und Spannung, über der Sprungtemperatur Tc. Da solche Nichtlinearitäten ein typisches Merkmal der Supraleitung sind, ist ihre Existenz deutlich über der Sprungtemperatur für sich genommen schon spannend. Weiters stellt sich die Frage ob ihr Auftreten mit dem Pseudogap in Verbindung steht, über dessen Ursprung seit seiner Entdeckung 1989 Uneinigkeit besteht. Fest steht, dass das Pseudogap einige Ähnlichkeiten mit dem Supraleitungsgap besitzt und mit verringerter Dotierung bei immer höheren Temperaturen einsetzt–Eigenschaften, die auch die nichtohmschen Effekte in YBa2Cu3O(7-x) in den Messungen zeigten. Um diese Nichtlinearitäten sichtbar zu machen, müssen sehr hohe Stromdichten in den Proben erreicht werden, damit gehen Probleme einher deren Umgehung ein sehr spezielles Messdesign erfordert. Um die hohen Stromdichten zu erreichen und die entstehende Wärme ableiten zu können, wurden als Proben dünne Schichten von YBa2Cu3O(7-x) mit einer Dicke von 35nm bzw. 42nm auf einem MgO-Substrat gewählt. Die tatsächlich gemessenen Brücken hatten eine Länge von 118μm und eine Breite von 59 μm. Der Strom wurde dabei in kurzen Pulsen von 3 μs durch die Probe geleitet um die Erwärmung zu minimieren, zusätzlich war in der Auswertung eine rechnerische Korrektur der Temperaturerhöhung notwendig. An den beiden Proben wurde in drei verschiedenen Messaufbauten die longitudinal und transversal abfallende Spannung in einem Temperaturbereich von 8K bis Raumtemperatur in einem Magnetfeld von 1 T gemessen. Die gemessenen Stromdichten lagen einem Bereich von 4 kAcm^(−2) bis 2.84 MAcm^(−2). Aus den so gewonnenen Werten wurden der spezifische Widerstand, der Hallwiderstand sowie die Hallleitfähigkeit berechnet und ihre Abhängigkeit von der Stromdichte veranschaulicht. Dabei hat sich gezeigt, dass der Einfluss von Amplitudenfluktuationen des supraleitenden Ordnungsparameters nur in einem kleinen Temperaturbereich über Tc die Nichtlinearitäten erklären kann. Bei der stärker unterdotierten Probe ist bei tiefen Temperaturen sehr deutlich der Einfluss eines negativen Beitrags zur Hallleitfähigkeit zu sehen. Die nichtohmschen Effekte reichen bis weit über Tc hinaus und könnten vielleicht durch die Existenz von Cooperpaaren ohne Phasenkohärenz erklärt werden–einem der Erklärungsmodelle des Pseudogaps. Die Temperatur bei der die Nichtlinearitäten auftreten scheint, wie beim Pseudogap, mit Erhöhung der Dotierung zu sinken. Auffallend ist außerdem, dass die Hallleitfähigkeit im selben Temperaturbereich von einem (bei höheren Temperaturen gültigen) Potenzgesetz abweicht.
Abstract
(Englisch)
The contents of this thesis are the examination of deviations from Ohm’s law, that is the linear dependence between current and voltage, in underdoped high- TC superconductor YBa2Cu3O(7-x) above the critical temperature Tc. As such nonlinearities are a typical feature of superconductivity, their existence way above the critical temperature is already exciting. Moreover the question arises whether there is a connection between their appearance and the pseudogap whose origin is debated since its discovery in 1989. It is certain, that there are some similarities between the pseudogap and the superconducting gap and that its onset temperature rises with reduced doping–properties it shares with the non-ohmic effects in YBa2Cu3O(7-x), as shown in the measurements. To make these non-linearities visible, one must realise very high current densities in the samples, which causes problems that can only be overcome in a very special measurement set-up. To achieve these high current densities and dissipate the heat, thin films of YBa2Cu3O(7-x) with a thickness of 35nm and 42 nm, respectively, on a substrate from MgO were chosen. The bridges that were actually measured had a length of 118μm and a width of 59 μm. The current was injected in short pulses of 3 μs to minimize warming of the sample, additionally a calculated correction of the measured temperature rise was necessary. On both samples longitudinal and transverse voltage was measured in three different set-ups in a temperature range from 8K to room-temperature in a magnetic field of 1 T. Measured current densities were in a range from 4 kAcm−2 up to 2.84 MAcm−2. From this data, resistivity, Hall-resistivity and Hall-conductivity were calculated and their dependence of current density illustrated. In doing so it became clear, that the influence of amplitude-fluctuations of the order-parameter can only explain the non-linearities in a small temperature range above Tc. In the more underdoped sample the influence of a negative contribution to the Hallconductivity at low temperatures is clearly visible. The non-ohmic effects reach far above Tc and could possibly be explained by the existence of Cooper-pairs without phase-coherence, one of the models to explain the pseudogap. The onset temperature of the non-linearities seems to fall with stronger doping, as it is the case with the onset temperature of the pseudogap. Another remarkable finding is, that the Hall-conductivity starts to deviate from a high-temperature power law in the same temperature range.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
nonlinear Hall-effect pseudogap cuprate superconductor
Schlagwörter
(Deutsch)
Nichtlinearer Hall-Effekt Pseudogap Kupratsupraleiter
Autor*innen
Georg Zechner
Haupttitel (Deutsch)
Nichtlinearer Hall-Effekt in der Pseudogap-Phase von unterdotierten Kupratsupraleitern
Publikationsjahr
2013
Umfangsangabe
83 S. : graph, Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Wolfgang Lang
Klassifikationen
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik ,
33 Physik > 33.74 Supraleitung
AC Nummer
AC10848085
Utheses ID
24881
Studienkennzahl
UA | 411 | | |
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