Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte - FZKA 6750

Wechselspiel von 3dXY-Fluktuationen und Vortices im Hochtemperatursupraleiter YBa₂Cu₃O_x

Rolf Lortz

Zusammenfassung
In dieser Arbeit wurde die thermische Ausdehnung von YBa₂Cu₃O_x-Einkristallen mit x=6.7-7.0 in Magnetfeldern bis 12 T gemessen. Untersucht wurden sowohl die supraleitenden Fluktuationen in der Nähe von T_c, wie auch der Schmelzübergang des Vortexgitters. Es konnte gezeigt werden, dass 3dXY-Phasenfluktuationen um T_c und selbst noch deutlich oberhalb auftreten, die durch ein angelegtes Magnetfeld kaum unterdrückt werden. Es wurden keine Anzeichen für das Auftreten von 3dLLL-Amplitudenfluktuationen gefunden. In der Nähe von T_c wird das Divergieren der Kohärenzlänge durch das Anstoßen an die feldinduzierten Vortices verhindert, wodurch die Phasenkohärenz bis zum Vortexschmelzübergang abgesenkt wird. Die Ergebnisse der Fluktuationsanalyse sprechen für einen supraleitenden Ursprung der ‘Pseudoenergielücke’, die vor allem in unterdotierten Proben oberhalb von T_c auftritt. Es wurden deutliche Hinweise gefunden, dass der Schmelzübergang des Vortexgitters durch die Fluktuationen in der Phase des supraleitenden Ordnungsparameters ausgelöst wird. In Proben mit Flussverankerung traten anstelle eines Vortexschmelzübergangs große irreversible Anomalien in der thermischen Ausdehnung auf. Diese zeigen viele Ähnlichkeiten zum kinetischen Glasübergang, wie man ihn in konventionellen unterkühlten Flüssigkeiten findet. Die großen Anomalien erlaubten eine detaillierte Untersuchung des Relaxationsverhalten der Vortex-Glasphasen. In überdotierten Proben ist dieses extrem komplex, wie man es nur für sehr fragile glasformende Flüssigkeiten erwartet. Als Ursache für diese Komplexität werden auch hier die Phasenfluktuationen diskutiert.

Interplay between 3dXY-fluctuations and vortices in the high-temperature superconductor YBa₂Cu₃O_x

Abstract
In this work thermal expansion measurements have been performed on single crystals of YBa₂Cu₃O_x with x=6.7-7.0 in magnetic fields up to 12 T. The superconducting fluctuations near T_c, as well as the melting transition of the vortex-lattice have been examined. It was possible to show that 3dXY-phase-fluctuations exist near and even well above T_c, which are hardly suppressed by an applied field. No indications for 3dLLL-fluctuations in the amplitude of the order parameter have been found. Close to T_c the divergence of the coherence length is limited by the distance between the field induced vortices and as a result superconducting phase coherence gets suppressed down to the vortex-lattice melting transition. The results of this analysis are in favor of a superconducting origin of the ‘pseudo-gap’, which appears mainly in underdoped samples well above T_c. Strong hints were found, that the vortexmelting- transition is caused by the fluctuations in the phase of the superconducting orderparameter. In samples with some ‘pinning centers’ large irreversible anomalies have been found instead of a vortex-lattice melting-transition. These show a very similar behavior as the kinetic glass transition, which might appear in conventional supercooled liquids. These large anomalies allow a detailed analysis of the relaxations in the vortex-glass phases. In overdoped samples these relaxations show an extremely complex behavior which is believed to appear only in highly fragile glass forming liquids. As a cause of these complex relaxation-processes the phase-fluctuations are discussed.

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