Kollektive Dichte- und Spinanregungen in supraleitenden Doppelschichten

Autor: Franz Forsthofer

Betreuer: Prof. Dr. Joachim Keller

Abgabedatum: 27. 2. 1996

In dieser Arbeit werden die kollektiven elektronischen Anregungen eines supraleitenden Doppelschichtsystems untersucht. Dabei interessieren vor allem die Anregungen, die mit Ladungs- und Spinfluktuationen zwischen den Schichten verbunden sind.

Das Modell beschreibt die Elektronen in den Schichten als Fermiflüssigkeit. Innerhalbe jeder Schicht gibt es eine Paarwechselwirkung. Die beiden Schichten sind über ein Einteilchenhüpfmatrixelement und eine Paarwechselwirkung untereinander gekoppelt.

Im Rahmen der BCS-Näherung und der Green-Funktionsmethode in der Leiternäherung entwickeln wir erhaltende Vertexgleichungen für Dichte- und Spindichteanregungen. Aus denen sich Aussagen über die kollektiven Moden gewinnen lassen. Insbesondere wird die Anregung von Moden durch Einstrahlung von Licht und durch Streuung inelastischer Neutronen untersucht.

Wird Licht mit Feldvektor senkrecht zu den Schichten eingestrahlt, so tunneln bei Anregungsfrequenzen unterhalb der Energie für das Aufbrechen von Cooper-Paaren die Intraschichtpaare zwischen den Schichten. Dieser oszillierende Josephson''=artige Strom ist verbunden mit der Oszillation der Phasen der Ordnungsparameter in den Schichten.

Die inelastische Streuung von Neutronen verursacht einen Singlett''=Triplett''=Übergang von Interschichtpaaren. Es wird eine ungedämpfte kollektive Spindichtemode angeregt, die Spin zwischen den Schichten austauscht. Der Spinstrom entsteht durch entgegengesetzte Ströme von Spin-up- und Spin''=down''=Teilchen. Diese sind erzeugt durch das Tunneln von Interschichtpaaren. Diesen neuen Mechanismus nennen wir wegen der Analogie zum Josephson''=Effekt Spin''=Josephson''=Effekt.

Es wird diskutiert, inwieweit die berechneten kollektiven Moden in den Hochtemperatur''=Supraleitern Y-Ba-Ca-Cu-O und Bi-Sr-Ca-Cu-O auftreten.

Teile der Arbeit sind elektronisch verfügbar unter cond-mat/9510026 und cond-mat/9606135.