ISBN 9783843928175

978-3-8439-2817-5, Reihe Physik

Artur Bohr
Phänomenologisches Erklärungsmodell für Hochtemperatursupraleiter

155 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In dieser Arbeit wird gezeigt, dass in Hochtemperatursupraleitern eine lineare Korrelation zwischen Sprungtemperatur und wahrer Ladungsträgerdichte einer supraleitfähigen Ebene existiert. Die zusammengesetzten Messdaten von insgesamt 18 HTSCs lassen dabei erkennen, dass sich die Sprungtemperaturkurven an einen gemeinsamen linearen Bereich anschmiegen und der gängigen Lehrmeinung über einen parabelförmigen Verlauf widersprechen.

Die Korrelation korrespondiert zu der von Röser et al. empirisch gefundenen Beziehung zwischen optimaler Sprungtemperatur und der Dotierungsdichte. Es wird gezeigt, dass die Steigung der Korrelation mit der Proportionalitätskonstante der Röser-Gleichung übereinstimmt, wenn das Verhältnis zwischen wahrer Ladungsträgerdichte einer supraleitfähigen Ebene und der Dotierdichte ein Achtel beträgt. Durch Tanner et al. ist bekannt, dass ca. ein Viertel aller normalleitenden Ladungsträger in HTSCs zur Supraleitung für T→0 beitragen. Demnach kann dieses Achtel der supraleitfähigen Kondensatdichte entsprechen.

Ebenfalls wird gezeigt, dass eine frühere durch Röser et al. gefundene Beziehung zwischen Dotierungsabstand und Mobilität in laserbestrahlten Schottky-Dioden die Korrelation von Homes et al. abbildet. Die theoretische Steigung entspricht dabei dem von Homes et al. empirisch bestimmten Wert. Die formal auftretende Zirkulationsquantisierung sowie die Feststellung, dass Cooper-Paare an die Dotieratome gebunden sind, führen zu dem Schluss, dass die Röser-Korrelation tatsächlich die Kosterlitz-Thouless-Gleichung für den Phasenübergang von Vertices eines zweidimensionalen Superfluids in HTSCs darstellt.

Das durch die Kosterlitz-Thouless-Theorie postulierte Vortex-Gitter entspricht im klassischen Bild, dass Ladungsträger aus einem freien Zustand in Orbits auf Höhe der äquidistant verteilten Dotieratome eingefangen werden. Da zu einer Dotierstelle ein Cooper-Paar gehört, wird gefolgert, dass die Paarung in HTSCs über die Wechselwirkung mit dem Feld des Dotieratoms erfolgt. Aufgrund der dafür erforderlichen elektrischen Wechselwirkung wird geschlossen, dass die bestimmenden Materialparameter in HTSCs neben der Zweidimensionalität, die Ladung des Dotieratoms, der dielektrische Hintergrund des Materials, sowie die Abstände zwischen leitfähigen Ebenen und Dotieratomen sind.