Wissenschaftliche Berichte - FZKA 5892

Berechnung von Röntgenabsorptionsspektren an YBa₂Cu₃O₇, PrBa₂Cu₃O₇ und Sr₂RuO₄

Zusammenfassung

Wir berechnen in der Einteilchennäherung Röntgenabsorptionsspektren (XAS) für den Hochtemperatursupraleiter YBa₂Cu₃O₇, den Isolator PrBa₂Cu₃O₇ und den Supraleiter Sr₂RuO₄ und vergleichen sie mit experimentellen Messungen. Dazu leiten wir quantenfeldtheoretisch eine XAS-Formel her und berücksichtigen die endliche Energieauflösung des Monochromators ebenso wie die Selbstenergie der Elektronen. Unsere Resultate stimmen gut mit dem Experiment überein. Daher liefert eine genaue Analyse der Rechnung das physikalische Zustandekommen der XAS-Meßkurven. Als besonders wichtig stellt sich dabei die Berücksichtigung der Coreenergie-Aufspaltung heraus. Diese Coreenergie-Aufspaltung bestimmen wir aus den XAS-Messungen in der bisher höchsten Genauigkeit. Den Untergrund der XAS-Kurven erklären wir durch ein einfaches Vielteilchenmodell. Schließlich geben wir an, wie und unter welchen Bedingungen man aus den XAS-Messungen sichere Informationen über die unbesetzte partielle Zustandsdichte erhalten kann.

Calculation of X-ray Absorption Spectra on YBa₂Cu₃O₇, PrBa₂Cu₃O₇ and Sr₂RuO₄

Abstract

We calculate in a one-particle approach X-ray absorption spectra (XAS) for the high Tc superconducting material YBa₂Cu₃O₇, the insulator PrBa₂Cu₃O₇ as well as for the superconductor Sr₂RuO₄ and compare these with experimental measurements. For this purpose we derive a XAS formula using quantum field theoretic methods. We take account of both the finite experimental resolution and the self-energy of the electrons. We find good agreement between our theory and experiment. It is therefore possible to explain the physical significance of the measured curves by analyzing our calculations. It turns out that it is especially important to take the core-level splittings into account. Those numbers may be evaluated by comparing our theoretical results to the measured curves. This is up to date the most accurate method to determine core-levels in crystalline fields. We provide a quantitative explanation of the background appearing in the measurements by using a many body model-description. Furthermore, we give the conditions, necessary for the possibility to interpret measured XAS-curves in terms of partial densities of states in the unoccupied energy range.