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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
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29991.16605.424264-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
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 | | |