Diese Arbeit befasst sich mit der Charakterisierung einer verhältnismäßig wenig beforschten Untergruppe der hochtemperatur-supraleitenden Kuprate (HTSCs-high-temperature superconducting cuprates), den elektronendotierten HTSCs, vermittels kernmagnetischer Resonanz (NMR-nuclear magnetic resonance). Die Untersuchungen umfassen 63Cu und 17O NMR an ausgerichteten Pulverproben und Einkristallen von Pr2−xCexCuO4 (x = 0, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20) sowie auch Nd2−xCexCuO4 (x = 0, 0.13) in externen Magnetfeldern von 2.35 bis 17.6 T und Temperaturen zwischen 8 und 400 K. Durch eine Vielzahl von Experimenten wird die erste eindeutige spektrale Analyse für beide Nuklide vorgenommen. Es wird gezeigt, dass die indirekte, homonukleare Kopplung, wie sie beim Hahn-Echo-Zerfall von planarem 63,65Cu in lochdotierten HTSCs und auch im undotierten Pr2CuO4 gefunden wird, durch Elektronendotierung weitestgehend unterdrückt wird. Eine Analyse der Quadrupolaufspaltungen zeigt, dass nicht nur die lokale Verteilung der dotierten Elektronen und Löcher in den CuO2-Schichten quantitativ gemessen werden kann, sondern, dass auch Unterschiede in den 63Cu und 17O Aufspaltungen verschiedener undotierter Kuprate auf eine variable Ladungsverteilung zurückzuführen sind. Somit ist eine quantitative Messung der lokalen Ladungsverteilung in der CuO2 -Schicht der HTSCs möglich, welche ein neues, differenziertes Bild der unterschiedlichen Materialien ergibt.

Diese Diplomarbeit untersucht den Casimir-Effekt zwischen normal- und supraleitenden Platten über einen weiten Temperaturbereich, sowie die Casimir-Polder-Wechselwirkung zwischen einem Atom und einer solchen Oberfläche. Hierzu wurden vorwiegend numerische und asymptotische Rechnungen durchgeführt. Die optischen Eigenschaften der Oberflächen werden dann aus dielektrischen Funktionen oder optischen Leitfähigkeiten erhalten. Wichtige Modellen werden vorgestellt und insbesondere im Hinblick auf ihre analytischen und kausalen Eigenschaften untersucht. Es wird vorgestellt, wie sich die Casimir-Energie zwischen zwei normalleitenden Platten berechnen lässt. Frühere Arbeiten über den in allen metallischen Kavitäten vorhandenen Beitrag von Oberflächenplasmonen zur Casimir-Wechselwirkung wurden zum ersten mal auf endliche Temperaturen erweitert. Für Supraleiter wird eine analytische Fortsetzung der BCS-Leitfähigkeiten zu rein imaginären Frequenzen, sowohl innerhalb wie außerhalb des schmutzigen Grenzfalles verschwindender mittlerer freier Weglänge vorgestellt. Es wird gezeigt, dass die aus dieser neuen Beschreibung erhaltene freie Casimir-Energie in bestimmten Bereichen der Materialparameter hervorragend mit der im Rahmen des Zwei-Fluid-Modells für den Supraleiter berechneten übereinstimmt. Die Casimir-Entropie einer supraleitenden Kavität erfüllt den Nernstschen Wärmesatz und weist einen charakteristischen Sprung beim Erreichen des supraleitenden Phasenübergangs auf. Diese Effekte treten ebenfalls in der magnetischen Casimir-Polder-Wechselwirkung eines Atoms mit einer supraleitenden Oberfläche auf. Es wird ferner gezeigt, dass die magnetische Dipol-Wechselwirkung eines Atomes mit einem Metall sehr stark von den dissipativen Eigenschaften und insbesondere von den Oberflächenströmen abhängt. Dies führt zu einer starken Unterdrückung der magnetischen Casimir-Polder-Energie bei endlichen Temperaturen und Abständen oberhalb der thermischen Wellenlänge. Die Casimir-Polder-Entropie verletzt in einigen Modellen den Nernstschen Wärmesatz.Ähnliche Effekte werden für den Casimir-Effekt zwischen Platten kontrovers diskutiert. In den entsprechenden elektrischen Dipol-Wechselwirkungen tritt keiner dieser Effekte auf. Die Ergebnisse dieser Arbeit legen nahe, das bekannte Plasma-Modells als Grenzfall eines Supraleiters bei niedrigen Temperaturen (bekannt als London-Theorie) zu betrachten, statt als Beschreibung eines normales Metalles. Supraleiter bieten die Möglichkeit, die Dissipation der Oberflächenströme in hohem Maße zu steuern. Dies könnte einen experimentellen Zugang zu den optischen Eigenschaften von Metallen bei niedrigen Frequenzen erlauben, die eng mit dem thermischen Casimir-Effekt verknüpft sind. Anders als in entsprechenden Mikrowellen-Experimenten sind hierbei die Energien und Impulse unabhängige Größen. Die Messung der Oberflächenwechselwirkung zwischen Atomen und Supraleitern ist mit den heute verfügbaren Atomfallen auf Mikrochips möglich und der magnetische Anteil der Wechselwirkung sollte spektroskopischen Techniken zugänglich sein / This thesis investigates the Casimir effect between plates made of normal and superconducting metals over a broad range of temperatures, as well as the Casimir-Polder interaction of an atom to such a surface. Numerical and asymptotical calculations have been the main tools in order to do so. The optical properties of the surfaces are described by dielectric functions or optical conductivities, which are reviewed for common models and have been analyzed with special weight on distributional properties and causality. The calculation of the Casimir energy between two normally conducting plates (cavity) is reviewed and previous work on the contribution to the Casimir energy due to the surface plasmons, present in all metallic cavities, has been generalized to finite temperatures for the first time. In the field of superconductivity, a new analytical continuation of the BCS conductivity to to purely imaginary frequencies has been obtained both inside and outside the extremely dirty limit of vanishing mean free path. The Casimir free energy calculated from this description was shown to coincide well with the values obtained from the two fluid model of superconductivity in certain regimes of the material parameters. The Casimir entropy in a superconducting cavity fulfills the third law of thermodynamics and features a characteristic discontinuity at the phase transition temperature. These effects were equally encountered in the Casimir-Polder interaction of an atom with a superconducting wall. The magnetic dipole coupling of an atom to a metal was shown to be highly sensible to dissipation and especially to the surface currents. This leads to a strong quenching of the magnetic Casimir-Polder energy at finite temperature. Violations of the third law of thermodynamics are encountered in special models, similar to phenomena in the Casimir-effect between two plates, that are debated controversely. None of these effects occurs in the analog electric dipole interaction. The results of this work suggest to reestablish the well-known plasma model as the low temperature limit of a superconductor as in London theory rather than use it for the description of normal metals. Superconductors offer the opportunity to control the dissipation of surface currents to a great extent. This could be used to access experimentally the low frequency optical response of metals, which is strongly connected to the thermal Casimir-effect. Here, differently from corresponding microwave experiments, energy and momentum are independent quantities. A measurement of the total Casimir-Polder interaction of atoms with superconductors seems to be in reach in today’s microchip-based atom-traps and the contribution due to magnetic coupling might be accessed by spectroscopic techniques

Microfabricated solid-state surfaces, also called atom chip', have become a well-established technique to trap and manipulate atoms. This has simplified applications in atom interferometry, quantum information processing, and studies of many-body systems. Magnetic trapping potentials with arbitrary geommetries are generated with atom chip by miniaturized current-carrying conductors integrated on a solid substrate. Atoms can be trapped and cooled to microKelvin and even nanoKelvin temperatures in such microchip trap. However, cold atoms can be significantly perturbed by the chip surface, typically held at room temperature. The magnetic field fluctuations generated by thermal currents in the chip elements may induce spin flips of atoms and result in loss, heating and decoherence. In this thesis, we extend previous work on spin flip rates induced by magnetic noise and consider the more complex geometries that are typically encountered in atom chips: layered structures and metallic wires of finite cross-section. We also discuss a few aspects of atom chips traps built with superconducting structures that have been suggested as a means to suppress magnetic field fluctuations. The thesis describes calculations of spin flip rates based on magnetic Green functions that are computed analytically and numerically. For a chip with a top metallic layer, the magnetic noise depends essentially on the thickness of that layer, as long as the layers below have a much smaller conductivity. Based on this result, scaling laws for loss rates above a thin metallic layer are derived. A good agreement with experiments is obtained in the regime where the atom-surface distance is comparable to the skin depth of metal. Since in the experiments, metallic layers are always etched to separate wires carrying different currents, the impact of the finite lateral wire size on the magnetic noise has been taken into account. The local spectrum of the magnetic field near a metallic microstructure has been investigated numerically with the help of boundary integral equations. The magnetic noise significantly depends on polarizations above flat wires with finite lateral width, in stark contrast to an infinitely wide wire. Correlations between multiple wires are also taken into account. In the last part, superconducting atom chips are considered. Magnetic traps generated by superconducting wires in the Meissner state and the mixed state are studied analytically by a conformal mapping method and also numerically. The properties of the traps created by superconducting wires are investigated and compared to normal conducting wires: they behave qualitatively quite similar and open a route to further trap miniaturization, due to the advantage of low magnetic noise. We discuss critical currents and fields for several geometries. / Mikrotechnologische Oberflächen, sogenannte Atomchips, sind eine etablierte Methode zum Speichern und Manipulieren von Atomen geworden. Das hat Anwendungen in der Atom-Interferometrie, Quanteninformationsverarbeitung und Vielteilchensystemen vereinfacht. Magnetische Fallenpotentiale mit beliebigen Geometrien werden durch Atomchips mit miniaturisierten stromführenden Leiterbahnen auf einer Festkörperunterlage realisiert. Atome können bei Temperaturen im $mu$ K oder sogar nK-Bereich in einer solchen Falle gespeichert und gekühlt werden. Allerdings können kalte Atome signifikant durch die Chip-Oberfläche gestört werden, die sich typischerweise auf Raumtemperatur befindet. Die durch thermische Ströme im Chip erzeugten magnetischen Feldfluktuationen können Spin-Flips der Atome induzieren und Verlust, Erwärmung und Dekohärenz zur Folge haben. In dieser Dissertation erweitern wir frühere Arbeiten über durch magnetisches Rauschen induzierte Spin-Flip-Ratenund betrachten kompliziertere Geometrien, wie sie typischerweise auf einem Atom-Chip anzutreffen sind: Geschichtete Strukturen und metallische Leitungen mit endlichem Querschnitt. Wir diskutieren auch einige Aspekte von Aomchips aus Supraleitenden Strukturen die als Mittel zur Unterdrückung magnetischer Feldfluktuationen vorgeschlagen wurden. Die Arbeit beschreibt analytische und numerische Rechnungen von Spin-Flip Raten auf Grundlage magnetischer Greensfunktionen. Für einen Chip mit einem metallischen Top-Layer hängt das magnetische Rauschen hauptsächlich von der Dicke des Layers ab, solange die unteren Layer eine deutlich kleinere Leitfähigkeit haben. Auf Grundlage dieses Ergebnisses werden Skalengesetze für Verlustraten über einem dünnen metallischen Leiter hergeleitet. Eine gute Übereinstimmung mit Experimenten wird in dem Bereich erreicht, wo der Abstand zwischen Atom und Oberfläche in der Größenordnung der Eindringtiefe des Metalls ist. Da in Experimenten metallische Layer immer geätzt werden, um verschiedene stromleitende Bahnen vonenander zu trennen, wurde der Einfluß eines endlichen Querschnittsauf das magnetische Rauschen berücksichtigt. Das lokale Spektrum des magnetischen Feldes in der Nähe einer metallischen Mikrostruktur wurde mit Hilfe von Randintegralen numerisch untersucht. Das magnetische Rauschen hängt signifikant von der Polarisierung über flachen Leiterbahnen mit endlichem Querschnitt ab, im Unterschied zu einem unendlich breiten Leiter. Es wurden auch Korrelationen zwischen mehreren Leitern berücksichtigt. Im letzten Teil werden supraleitende Atomchips betrachtet. Magnetische Fallen, die von supraleitenden Bahnen im Meissner Zustand und im gemischten Zustand sind werden analytisch durch die Methode der konformen Abbildung und numerisch untersucht. Die Eigenschaften der durch supraleitende Bahnen erzeugten Fallen werden erforscht und mit normal leitenden verglichen: Sie verhalten sich qualitativ sehr ähnlich und öffnen einen Weg zur weiteren Miniaturisierung von Fallen, wegen dem Vorteil von geringem magnetischem Rauschen. Wir diskutieren kritische Ströme und Felder für einige Geometrien.

Im Jahr 1964 wurde eine Theorie der Supraleitung vorgestellt, welche Cooper-Paarbindungen mit nichtverschwindendem Gesamtimpuls berücksichtigt. Sie wird nach den maßgeblich beteiligten Physikern P. Fulde, R. A. Ferrell, A. I. Larkin und Y. N. Ovchinnikov als FFLO-Supraleitung bezeichnet [1, 2]. Aufgrund recht anspruchsvoller Voraussetzungen kommen nur wenige Festkörper-Systeme in Frage, die eine FFLO-Phase ausbilden könnten. Im Jahr 2007 konnte R. Lortz durch Messungen der spezifischen Wärme an dem organischen Supraleiter kappa-(ET)2Cu(NCS)2 einen soliden Nachweis für eine weitere thermodynamische Supraleitungs-Phase in hohen Magnetfeldern erbringen [3]. ET steht hierbei für Bis-(ethylen-dithiolo)-tetrathiafulvalen. Die Hochfeld-Phase von kappa-(ET)2Cu(NCS)2 erfüllt alle bekannten Bedingungen für einen FFLO-Zustand. Diese Arbeit befasst sich mit der Erbringung eines gleichwertigen Beweises einer thermodynamischen Hochfeld-Supraleitungs-Phase in dem quasi-zweidimensionalen und vollständig organischen Supraleiter beta\'\'-(ET)2SF5CH2CF2SO3 durch hochauflösende Messungen der spezifischen Wärme. Darüber hinaus sollte durch eine präzise Ausrichtung der Probe zum Magnetfeldvektor die Feldorientierungsabhängigkeit der spezifischen Wärme und damit der supraleitenden Phasen bestimmt werden. [1] - P. Fulde and R.A. Ferrell, Phys. Rev., 135:A550, (1964). [2] - A.I. Larkin and Y.N. Ovchinnikov, Zh. Eksp. Teor. Fiz., 47:1136,(1964). [3] - R. Lortz et al., Phys. Rev. Lett., 99:187002, (2007).

Organic materials with fascinating/intriguing electronic properties have been the driving force for many research activities in the past, and in particular for important progress in materials science covering both new functional materials as well as theoretical developments. In addition, charge transfer, i. e., the addition or removal of charges to or from molecules in organic solids is one route to modify and control their electronic properties. Recently, the discovery of superconductivity in several alkali metal intercalated hydrocarbon systems (picene, phenanthrene, coronene and 1,2;8,9-dibenzopentacene) with rather high transition temperatures has opened a new chapter in organic material science as well as solid-state physics. The search for a microscopic understanding of the mechanism that drives materials superconducting always has initiated a large number of scientific activities, and there are numerous examples where these activities have provided major advancement. A basic foundation of this understanding is the knowledge of the electronic properties of the material under investigation. In this context, this thesis reports first, very detailed insight into the electronic structure of both undoped as well as potassium doped picene, coronene and 1,2;8,9-dibenzopentacene using electron energy-loss spectroscopy (EELS) as main experimental method. Additionally, also photoemission spectroscopy experiments have been performed to investigate the occupied electronic density of states close to the chemical potential. In order to learn more about the electronic structure we have compared the results we obtained from EELS and photoemission spectroscopy with theoretical calculations based on Density functional theory (DFT) using the local-density approximation (LDA). We identify the peculiar case of very close lying conduction bands that upon doping harbour the electrons that form the Cooper-pairs in the superconducting state. Moreover, the presented data display substantial changes in the electronic excitation spectrum upon doping, whereas in the doped case the appearance of one new peak (for picene) and several new peaks (for coronene and 1,2;8,9-dibenzopentacene) in the former optical gap is reported. By using a Kramers–Kronig analysis (KKA) it is possible to gain information about the nature of this doping introduced excitations. In particular, in case of picene, the new low energy feature can be assigned to a charge carrier plasmon. Interestingly, this plasmon disperses negatively upon increasing momentum transfer, which deviates significantly from the traditional picture of metals based on the homogeneous electron gas. The comparison with calculations of the loss function of potassium intercalated picene shows how this finding is the result of the competition between metallicity and electronic localization on the molecular units. Furthermore, core level excitation measurements show the reduction of the lowest lying C 1s excitation feature, which clearly demonstrates that potassium intercalation leads to a filling of the conduction bands with electrons. Additionally, the measurements of potassium intercalated 1,2;8,9-dibenzopentacene clearly indicate the formation of particular doped phases with compositions K_xdibenzopentacene (x = 1, 2, 3), whereas the data suggest that K_1dibenzopentacene has an insulating ground state with an energy gap of about 0.9 eV, while K_2dibenzopentacene and K_3dibenzopentacene might well be metallic, because of the absent of an energy gap in the electronic excitation spectra. Interestingly, a comparison of the photoemission as well as EELS spectra of undoped 1,2;8,9-dibenzopentacene and pentacene reveal that the electronic states close to the Fermi level and the electronic excitation spectra of the two materials are extremely similar, which is due to the fact, that the additional two benzene rings in 1,2;8,9-dibenzopentacene virtually do not contribute to the delocalized pi molecular orbitals close to the Fermi level. This close electronic similarity is in contrast to the behavior upon potassium doping, where evidence for a Mott state has been reported in the case of pentacene. A comparison of the low energy excitation spectra of chrysene with picene (phenacenes) as well as tetracene with pentacene (acenes) crystals reveal a significant difference between the former and the latter two materials. While for the phenacenes (zigzag arrangement) the excitation onset is characterized by up to five weak excitation features with only small anisotropy and without visible Davydov splitting within the a*, b*-planes, the acene (linear arrangement) spectra are dominated by a large excitation close to the onset and a sizable Davydov splitting. The presented data show further that the spectral shape of the pentacene excitation spectrum provides clear evidence for a large admixture of molecular Frenkel-type excitons with charge-transfer excitations resulting in excited states with a significantly mixed character. This conclusion is in good agreement with recent advanced calculations which predicted a charge-transfer admixture to the lowest singlet excitation which is significantly dependent upon the length of the acene molecules. Moreover, also for picene and chrysene we observe differences which point towards an increased charge-transfer contribution to the singlet excitation spectrum in the former. Finally, investigations of the electronic properties of undoped and potassium doped chrysene, a close relative of picene, show that the doping introduced changes are in a similar range such as observed in case of picene. Interestingly, due to the analogy between the observed changes in the electronic structure upon potassium doping between chrysene and picene and further similarity in the crystal structure we speculate that chrysene is a promising candidate for another aromatic hydrocabon superconductor.

1979 wurde mit CeCu2Si2 erstmalig ein Schwere-Fermionen-Supraleiter entdeckt. Diese Verbindung, entdeckt von Steglich und Mitarbeitern, befindet sich nahe an einem quantenkritischen Punkt, an dem die magnetische Ordnung gerade unterdrückt wird. Der Abstand zu diesem Punkt kann sowohl durch Druck als auch durch Germaniumsubstitution auf dem Siliziumplatz variiert werden. Dabei treten neben der Supraleitung in CeCu2Si2 auch verschiedene magnetische Phasen bei höherem Germaniumgehalt auf. CeCu2Si2 ordnet magnetisch unterhalb von TN = 0.8 K in einer Spindichtewelle, während das Schwere-Fermionen-System CeCu2Ge2 unterhalb von TN = 4.1 K antiferromagnetisch ordnet. In dieser Arbeit wurde die Substitutionsreihe CeCu2(Si1-xGex)2 mittels Neutronendiffraktion untersucht. Ausgehend von Proben mit hohem Germaniumgehalt von x = 0.45, deren magnetische Struktur detailliert untersucht wurde, wurden schrittweise die Eigenschaften von Proben mit kleinerem x erschlossen, um schließlich die (bis dato unbekannte) magnetische Struktur in CeCu2Si2 aufzuklären. Weiterhin wurden Untersuchungen zumWechselspiel zwischenMagnetismus und Supraleitung durchgeführt. Hierzu wurde mit einem selbstentwickelten Aufbau dieWechselfeldsuszeptibilität simultan zu den Diffraktionsexperimenten aufgezeichnet. Durch die direkte Korrelation konnte nachgewiesen werden, dass in CeCu2Si2 keine mikroskopische Koexistenz von Supraleitung und magnetischer Ordnung vorliegt, sondern mikroskopische Phasenseparation. - Die Arbeit ist auch über den Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen mit der ISBN 978-3-86727-587-3 erhältlich. / In 1979 the first heavy-fermion superconductor CeCu2Si2 was discovered by Steglich et al. The system is near a quantum critical point (QCP), where the magnetic order is just suppressed. The distance to the QCP can be variied with hydrostatic pressure as well as by germanium substitution on the silicon site. Next to the superconductivity in CeCu2Si2 one finds distinct magnetic phases while increasing the germanium content. CeCu2Si2 shows a magnetic order of a spin-density-type below TN = 0.8 K, whereas the heavy fermion system CeCu2Ge2 orders below TN = 4.1 K as an antiferromagnet. The focus of this thesis is on neutron-diffraction in the system CeCu2(Si1-xGex)2. Starting with a sample with a high germanium content of x = 0.45, the magnetic structures are investigated in detail. Following a step-by-step approach, samples with reduced x are investigated subsequently to figure out the properties of pure CeCu2Si2, which were not accessible before. Furthermore, the complex interaction between magnetism and superconductivity is investigated in detail. Using a specially designed setup, the ac-susceptibility could be recorded simultaneously during the neutron diffraction experiments. Due to the direct correlation between antiferromagnetic signals and diamagnetic features, the microscopic coexistence of superconductivity and magnetic order can be ruled out. Instead, a phase separation on the microscopic scale is found. - The thesis is also available from the publisher Cuvillier-Verlag; Nonnenstieg 8; 37075 Göttingen under the ISBN 978-3-86727-587-3.

Glassy Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) precursors were prepared by different melt-quenching methods to investigate the melt properties of the BSCCO system before the crystallization investigations were started. In order to fabricate superconductors having high critical temperature and current density using the glass-ceramic route, it is necessary to clarify the total chemical composition of the quenched precursor. For the first time the total chemical composition of such precursors has been directly measured by the direct element analysis and correlated with the taken process steps. The results from the element analysis demonstrated significant chemical deviations in composition with respect to the starting composition and strong chemical inhomogeneities of the sample. The crystallization dependence was investigated on numerous parameters for the BSCCO system such as initial composition, atmosphere, Sr:Ca ratio, average valence state of the glassy precursor and the dependence of Bi substitution by Pb. It could be demonstrated that the copper valence dependence on the phase formation and crystallization of the high-TC phase plays an important role in the BSCCO system. It could also be demonstrated that the smallest chemical deviation could strongly influence the phase formation in dependence of melt temperature, influencing not only the average copper valence but also the different cation concentrations. From literature there are barely any results or conclusions drawn of the chemical composition of the quenched glassy precursors that however is critical to control the crystallization behavior and understanding the influences on the superconductive properties as demonstrated in this work. / Amorphe Precursoren von dem Bi-Sr-Ca-Cu-O (BSCCO) System wurden durch verschiedene Methoden des Rascherstarrens hergestellt, um deren Schmelzeigenschaften vor dem Prozess der Kristallisation zu untersuchen. Um Supraleiter mit hoher kritischer Temperatur und Stromdichte mit der glas-keramischen Route anfertigen zu können, ist es notwendig, die chemische Zusammensetzung dieser amorphen Precursoren zu kennen. Erstmalig wurde die totale chemische Zusammensetzung der Precursoren durch die direkte Elementanalytik im Zusammenhang mit den jeweiligen Prozessschritten gemessen. Bei den Probeuntersuchungen zeigten sich wesentliche chemische Abweichungen von der nominalen Zusammensetzung und starke chemische Inhomogenitäten. In Abhängigkeit der Parameter nominale Zusammensetzung, Atmosphäre, Sr:Ca-Verhältnis, mittlerer Kupfervalenzzustand (für die Percursoren) und Bi Substitution mit Pb, ist die Kristallation ermittelt wurden. Es konnte gezeigt werden, dass der Kupfervalenzzustand eine wichtige Rolle in dem BSCCO System bei der Kristallisation von der Hoch-TC Phase spielt. Es hat sich auch herausgestellt, dass die kleinste chemische Abweichung stark die Phasenbildung beeinflussen kann. Diese Abweichung ist abhängig von der Schmelztemperatur, welche nicht nur den Kupfervalenzzustand sondern auch die Kationenkonzentrationen beeinflusst. In der Literatur finden sich wenig Veröffentlichungen oder Schlussfolgerungen zu dieser Thematik obwohl es die Kristallisationseigenschaften der Precursoren stark beeinflussen wird, wie es durch die vorliegende Arbeit bestätigt wurde.

Dresden, Techn. Univ., Diss., 2000.

At their discovery in 2008, iron pnictide superconductors (IPS) provoked tremendous scientific interest, comparable to the discovery of the cuprate superconductors. So far, IPS reached critical temperatures T c up to 56K. Typically, they show an antiferromagnetic (afm) spin density wave (SDW) which has to be suppressed by doping before superconductivity develops, which then is supported by further doping. Due to the close vicinity of the magnetic and the superconducting (sc) phase, magnetic fluctuations are discussed to be responsible for the sc pairing mechanism in IPS. A special member of the IPS is LiFeAs, because it does not need doping to become sc. It is a stoichiometric superconductor at a T c of 18K. In fact, doping is suppressing its T c . Also, there is no sign of an afm SDW present. Therefore, LiFeAs is a interesting material to study the properties of the IPS in an undisturbed material. In 2010, experiments of the Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden (IFW Dresden) revealed further surprising properties of LiFeAs. Samples with a Li deficiency undergo a ferromagnetic (fm) phase transition at 165K. Theoretical calculations suggest that fm fluctuations could induce triplet superconductivity in LiFeAs. This would cause a nonvanishing dynamic susceptibility below T c , which is supported by nuclear magnetic resonance (NMR) experiments. This thesis is discussing the results of the IFW Dresden experiments, and concludes that this ferromagnetism is of weak itinerant nature. The origin might be an increase of the density of states (DOS) at the Fermi level, which is causing an instability towards fm order, as proposed by the Stoner model. For further doping experiments, the synthesis procedure of polycrystalline LiFeAs was optimized to get samples with maximum T c and minimum impurities. Therefore, nuclear quadrupole resonance (NQR) was used. The NQR line width is a measure of impurities in the sample. By minimizing the NQR line width, optimal samples were synthesized. These samples are able to compete with the properties of single crystals. To investigate the doping behavior of LiFeAs, a scenario with four different kinds of impurities and deficiencies was performed with the optimized synthesis procedure. 24 different samples were analyzed, by means of NQR and electrical conductivity. It was found that in fact Fe excess is responsible for changing the physical properties of LiFeAs, and not Li deficiency. It is causing a shrinking of the unit cell volume, as seen by X-ray diffraction (XRD) measurements and it causes a decrease of T c . It also leads to a decrease of room temperature resistivity, which is supporting an increase of the DOS at the Fermi level. The NQR frequency is scaling with the amount of Fe excess and can be used to draw the sc and fm phase diagram of off-stoichiometric LiFeAs. At an amount between 3.2 and 3.6% o f Fe excess LiFeAs undergoes the fm transition.

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des Einflusses epitaktischer Verspannung auf die Eigenschaften von dünnen Schichten eisenbasierter Supraleiter. Dafür wurden erstmalig epitaktische Schichten des Materials Ba(Fe1−xNix)2As2 mit unterschiedlichem Nickelgehalt mithilfe der gepulsten Laserdeposition hergestellt und ihre strukturellen und elektrischen Transporteigenschaften charakterisiert. Die Ergebnisse wurden mit Massivproben, sowie mit Dünnschichten des verwandten Systems Ba(Fe1−xCox)2As2 verglichen. Dabei wurde ein maximales Tc von 21,6K gemessen, was die entsprechenden Werte für Massivproben dieses Materials übersteigt. Je nach verwendetem Substrat führt die induzierte stauchende oder dehnende mechanische Verspannung zu einer Verschiebung des elektronischen Phasendiagrammes. Die Wechselwirkung mit magnetischen Fluktuationen nahe des antiferromagnetischen Phasenübergangs führt zudem in Dünnschichten zu einer starken Erhöhung des Anstieges des oberen kritischen Magnetfeldes nahe der Sprungtemperatur. Untersuchungen des magnetischen Phasendiagrammes in hohen Magnetfeldern zeigen für Ba(Fe1−xNix)2As2 ein ähnliches Verhalten wie im Co-dotierten System. Die Messungen ergaben bei niedrigen Temperaturen eine geringe Anisotropie des oberen kritischen Feldes, während die Anisotropie des Irreversibilitätsfeldes aufgrund der vorherrschenden Defektstruktur erhöht ist. Des Weiteren wurden epitaktische Dünnschichten des Supraleiters FeSe1−xTex erstmalig auf dem Halbleitersubstrat GaAs abgeschieden. Dabei wurden Sprungtemperaturen von bis zu 17,4K erreicht. Das Wachstum auf speziellen mehrlagigen GaAs-Architekturen ermöglichte zudem die Realisierung dreidimensionaler Mikroobjekte, bei denen sich die Dünnschicht aufgrund von Relaxation epitaktischer Verspannung des Substrates zu Helices aufrollt. Mechanische Defekte führten jedoch dazu, dass keine supraleitenden Eigenschaften gemessen werden konnten. In diesem Fall ist eine weitere Optimierung der Mikrostrukturierungsprozesse notwendig. / In this work, we studied the influence of epitaxial strain on the properties of iron based superconducting thin films grown by pulsed laser deposition. Epitaxial films of Ba(Fe1-xNix)2As2 have been realised for the first time using different nickel doping contents. Afterwards their structural and superconducting properties have been characterised. The results were compared to bulk samples as well as to thin films of the related compound Ba(Fe1-xCox)2As2. A maximum Tc of 21,6 K was measured, which exeeds the highest reported values of bulk samples. Depending on the used substrate, the phase diagram is shifted due to the induced tensile or compressive strain in the films. Compared to bulk samples, the slope of the upper critical field is strongly enhanced near the critical temperature due to antiferromagnetic fluctuations. The magnetic phase diagram measured in high fields shows simularities with the isostructural Co-doped system. The measurements reveal a small anisotropy of the upper critical field for low temperatures, while the anisotropy of the irreversibility field is increased due to the defect structure in the film. Furthermore, epitaxial thin FeSe1-xTex films have been deposited on GaAs as a new substrate material for iron based superconducting thin films achieving a critical temperature of up to 17,4 K. The self-organised formation of threedimensional micro helices by strain relaxation was realised by the preparation of epitaxial films on customized GaAs-based multilayer achitectures. However, mechanical defects prevented the superconducting characterisation. Therefore, a further improvement of the involved processes for microstructuring is necessary.