Bestimmung der Ladungsverteilung in YBa2Cu3O6+y unter hohem Druck mittels NMR

• Antragsteller: Professor Dr. Jürgen Haase
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317319632

Wir beabsichtigen die lokale Ladungsverteilung in der CuO2-Ebene des Kuprat-Hochtemperatur-Supraleiters YBa2Cu3O6+y als Funktion des externen Druckes zu bestimmen. Druck, sowohl chemisch induziert als auch extern angewendet, spielt eine besondere Rolle in der Kuprat-Physik, weil er nicht nur die höchsten Sprungtemperaturen Tc in diesen Materialien induziert, sondern sogar zur Entdeckung neuer Materialien führte. Dennoch ist nicht verstanden, wie Druck die Änderungen der Eigenschaften der Kuprate hervorruft. NMR ist eine sehr aussagekräftige Sonde in der Kuprat-Forschung, aber ihr Einsatz unter den für die Kuprate notwendigen Drücken ist erst kürzlich möglich geworden. In ersten Experimenten konnten wir diese neue Methode 2011 mit 17O NMR an YBa2Cu4O8 demonstrieren, wobei das Verschwinden der Pseudo-Lücke unter Drücken um etwa 7 GPa beobachtet wurde. Inzwischen ist unsere Arbeitsgruppe weltführend in der Hochdruck-NMR, wir konnten unsere eigenen NMR-Druckzellen entwickeln und auch ihren Einsatz zur Messung von Einkristallen demonstrieren. Darüber hinaus konnten wir 2014 zeigen, dass die NMR Quadrupol-Aufspaltung an planarem Cu und O die quantitative Bestimmung der Ladungsverteilung in der CuO2-Ebene ermöglicht, und dass diese Verteilung das maximal erreichbare Tc bestimmt. Erstmalig ist damit ein material-chemischer Parameter gefunden worden, der bestimmend für die suprafluide Dichte ist, welche im supraleitenden Zustand gemessen wird, und auch Tc bestimmt (Uemura-Relation). Folglich sind wir nunmehr in der Lage, die Ladung und ihre Verteilung in den Kupraten unter Drücken zu bestimmen, welche auch Tc substanziell verändern. Dieses Vorhaben wird zeigen, ob Druck einen Ladungstransfer in die Ebene hinein, oder Verschiebungen innerhalb der Ebene verursacht, ob es zu einer Unterdrückung von Ladungsordnung kommt, und wie diese Effekte mit dem maximal erreichbaren Tc korrelieren. Unsere Resultate werden einen fundamentalen, wenn nicht sogar abschließenden Beitrag zum Verständnis der Rolle des Druckes in den Kupraten liefern. Darüber hinaus werden wir erfahren, in welchem Zusammenhang Druck zu den Ladungsdichtewellen in den Kupraten steht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen