Universität zu Köln

Nernst effect of Ni-doped NdBa2Cu3O7-d and transport properties in UPt2Si2

Johannsen, Niko (2008) Nernst effect of Ni-doped NdBa2Cu3O7-d and transport properties in UPt2Si2. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    In this thesis, the Nernst effect in high-temperature superconductors is investigated. This effect gained much interest because it is usually very small in metals and was found to display a large signal in the vortex liquid phase of the High-Tc's. The more surprising that large Nernst voltages were found to survive up to temperatures that reach far out of the superconducting phase. This was extensively studied thereafter in wide doping range of the High-Tc's. We were able to significantly expand these studies by tuning T* and T^v independently. This was done by inducing Ni ions into the CuO planes of NdBa2Cu3O7-d which allowed to study the Nernst effect in a wide parameter range. This is done on one hand in dependence of the oxygen content which varies the charge carrier concentration. On the other hand, the Ni concentration is varied from 0 to 0.12, thereby enhancing T* and simultaneously suppressing T_c with increasing concentrations. So to say, a third axis is accessed in the phase diagram of the cuprates. The temperatures to which the anomalous Nernst signal is detectable is the onset temperature T^v. The goal of this work was to find out whether T^v follows T_c or T*, since both can be influenced by altering the charge carrier content or the impurity concentration. The onset temperatures of the anomalous Nernst signals are determined as the slightest detectable deviation from the quasiparticle background above T_c. Overall, T^v clearly does not track the enhanced pseudogap temperatures in any sample series that is investigated in this work. In the second part of this work, the Nernst effect and other transport properties of UPt2Si2, including electrical ones such as the resistivity and the Hall effect and thermal ones, as the thermal conductivity, the thermopower and the Righi-Leduc effect were investigated. These investigations were motivated by the findings of a giant Nernst effect in the related system URu2Si2. And indeed, a pronounced Nernst signal was found also in UPt2Si2. In an early theory, published in 1972, Abelskii and Dik et al. calculated the thermopower and the Nernst coefficient for a generic antiferromagnet under the assumption of a gapping of the Fermi surface at T_N in addition to phonon and spin scattering mechanisms. These calculations astonishingly well predict the behavior of the measured quantities of UPt2Si2. The onsets of the signals as well as the maxima positions meet the forecasts of the theory. Thus, the emergence of the Nernst signal is ascribed to an opening of a gap at the Fermi surface. Yet, this gapping cannot affect the whole Fermi surface, otherwise the system would undergo a metal-to-insulator transition, which is not seen in the resistivity. This scenario of a partial gapping is consistent with a recent publication of electronic transport and neutron diffraction studies.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    In dieser Arbeit wurde der Nernst-Effekt an Hochtemperatursupraleitern untersucht. Dieser Effekt gewann in letzter Zeit deutlich an Bedeutung durch seine auffallend großen Werte in der Flußschlauchphase von Hochtemperatursupraleitern. In normalen Leitern ist dieser Effekt verschwindend klein. Da diese anormal großen Werte mit charakteristischem Profil eigentlich nur in der supraleitenden Phase auftreten war es umso überraschender, erhöhte Nernst-Spannungen auch in der normalleitenden Phase oberhalb der Sprungtemperatur (T_c) anzutreffen. Konsequenterweise wurde dieser Bereich in Abhängigkeit der Ladungsträgerdotierung intensiv untersucht. In dieser Arbeit konnte eine solche Studie deutlich erweitert werden. In dem System NdBa2Cu3O7 ist es möglich, durch Ni-Dotierung einerseits T_c zu unterdrücken und andererseits die Pseudogap-Temperatur T* zu vergrößern. Ni-Dotierungen in diesem System lassen die Ladungsträgerkonzentration im wesentlichen unverändert. In Abhängigkeit der Ni-Konzentration und des Sauerstoffgehalts konnte so systematisch das Verhältnis zwischen der Temperatur bis zu welcher das Nernst-Signal nachgewiesen werden konnte (T^v) und T* untersucht werden. Als Ergebnis ist festzuhalten, daß in keiner der gemessenen Probenserien eine Relation von T^v und T* hergestellt werden konnte. Im zweiten Teil wurden Transporteigenschaften von UPt2Si2 mit Betonung des Nernst Effektes untersucht. Es konnte das Auftreten eines Nernst Signals parallel mit dem Übergang in die Antiferromagnetische Phase bei 31.5 K nachgewiesen werden. Ähnliche Anstiege sind in der Thermokraft und dem Hall Effekt zu beobachten. Nach theoretischen Vorhersagen von 1972 für einen modellhaften Antiferromagneten, sind diese Anstiege eine Folge des Auftretens einer Energielücke für Ladungsträger in der Fermi-Fläche. Da das System, wie durch Widerstandmessungen gezeigt wurde, jedoch keine Anzeichen eines Wechsels zu isolierendem Verhalten zeigt, wird diese Energielücke nur einem Teil der Fermi-Fläche zugeschrieben.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Johannsen, Nikomorlar@t-online.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-25500
    Subjects: Physics
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Nernst , Effekt , Supraleitung , Transport , TemperaturGerman
    nernst , transport , superconductivity , temperature , effectEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > II. Physikalisches Institut
    Language: English
    Date: 2008
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 25 June 2008
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 16 Dec 2008 10:10:18
    Referee
    NameAcademic Title
    Freimuth, AxelProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2550

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