Anschlussprojekte | Sonderprojekte

Förderbeginn 01.01.2004

Warum sind gerade Kupferoxide Hochtemperatursupraleiter?

Prof. Dr. Werner Hanke
Universität Würzburg
Lehrstuhl für Theoretische Physik I

Prof. Dr. Shoucheng Zhang
Stanford University
Department of Applied Physics


Die Physik der Hochtemperaturleiter (HTSL)-Kuprate stellt seit Jahren eines der am intensivsten untersuchten Probleme der modernen Festkörperphysik dar. Diese Tatsache beruht zum einen auf den aufregenden und herausfordernden Fragestellungen, die mit diesen Materialien verknüpft sind und zum anderen auf ihrem Anwendungspotenzial. Die intensive weltweite Forschung auf diesem Gebiet hat in den letzten Jahren gezeigt, dass v. a. die Dotierungsabhängigkeit der Phasenübergänge in den Kupratsupraleitern der Schlüssel zur Erklärung der Supraleitung und des mikroskopischen Mechanismus, der dahintersteht, darstellt. Dieses neue Thema, nämlich die Dotierungsabhängigkeit des Phasendiagramms steht nun auch im Zentrum einer geplanten Kooperation zwischen der Stanford Universität (Laboratory of Advanced Materi-als/Physik Department) und dem Institut für Theoretische Physik der Universität Würzburg. Ausgehend von dem sogenannten antiferromagnetischen (AF) Mott Isolator, kann man sowohl Löcher als auch Elektronen durch Dotieren in die Kuprate einbringen, um eine supraleitende (SL) Phase zu induzieren, die sich in unmittelbarer Nachbarschaft der AF Phase befindet. Informationen, die von der experimentellen Photo-emissionsgruppe aus Stanford über die dotierten HTSL beigetragen werden, schließen die elektronische Bandstruktur, Informationen über die SL Lücke und ebenso über das globale Phasendiagramm ein. In Wechselwirkung zwischen den Theoriegruppen in Würzburg und Stanford werden diese Daten einen dis-kriminierenden Test nicht nur für eine schon von den beiden Arbeitsgruppen zusammen entwickelte Theo-rie der HTSL, die sog. SO(5)-Theorie, liefern, sondern ganz generell für eine Reihe von vorgeschlagenen Theorien. Das zentrale Ziel der Wechselwirkung zwischen den beiden Universitäten ist die bisher immer noch empirisch ablaufende Suche nach verbesserten Materialeigenschaften (höhere Übergangstemperaturen, höheres kritisches Feld etc.) durch eine systematische Suche, d. h. durch ein first-principle-Verständnis zu ersetzen.

Abschlussbericht
Die Physik der Hochtemperaturleiter (HTSL) Kuprate stellt seit Jahren eines der am intensivsten untersuchten Probleme der modernen Festkörperphysik dar. Diese Tatsache beruht zum einen auf den aufregenden und herausfordernden Fragestellungen, die mit diesen Materialien verknüpft sind und zum anderen auf ihrem Anwendungspotenzial. Die intensive weltweite Forschung auf diesem Gebiet hat in den letzten Jahren gezeigt, dass v. a. die Dotierungsabhängigkeit der Phasenübergänge in den Kupratsupraleitern der Schlüssel zur Erklärung der Supraleitung und des mikroskopischen Mechanismus, der dahintersteht, darstellt. Dieses neue Thema, nämlich die Dotierungsabhängigkeit des Phasendiagramms stand auch im Zentrum der BaCaTeC-Kooperation zwischen der Stanford Universität (Laboratory of Advanced Materials, Physik Department) und dem Institut für Theoretische Physik und Astrophysik der Universität Würzburg. Ausgehend von dem so genannten antiferromagnetischen (AF) Mott Isolator, kann man sowohl Löcher als auch Elektronen durch Dotieren in die Kuprate einbringen, um eine supraleitende (SL) Phase zu induzieren, die sich in unmittelbarer Nachbarschaft der AF Phase befindet. Informationen, die von der experimentellen Photoemissionsgruppe aus Stanford über die dotierten HTSL beigetragen wurden, schließen die elektronische Bandstruktur, Informationen über die SL Lücke und ebenso über das globale Phasendiagramm ein. In Wechselwirkung zwischen den Theoriegruppen in Würzburg und Stanford wurden diese Daten einen diskriminierenden Test nicht nur für eine schon von den beiden Arbeitsgruppen zusammen entwickelte Theorie der HTSL, die sog. SO(5)-Theorie, liefern, sondern ganz generell für eine Reihe von vorgeschlagenen Theorien unterzogen. Das zentrale Ziel der Wechselwirkung zwischen den beiden Universitäten ist mit der BaCaTeC Unterstützung deutlich näher gerückt, nämlich die bisher immer noch empirisch ablaufende Suche nach verbesserten Materialeigenschaften (höhere Übergangstemperaturen, höheres kritisches Feld etc.) durch eine systematische Suche, d. h. durch ein first-principle-Verständnis zu ersetzen.