The present work covers the fabrication and electrical and magnetic investigation of LaNiO3- and LaMnO3- based superlattices (SL). In recent years, several interesting theoretical predictions have been made in these SLs, for example, Mott insulators, metal-insulator transitions, superconductivity, topological insulators, and Chern insulators. Motivated by the promising theoretical predictions, four kinds of SLs with different designed structures and orientations were systematically studied in this thesis. The samples were grown by pulsed laser deposition with in-situ reflection high-energy electron diffraction to monitor the two-dimensional layer-by-layer growth process. In order to ensure the high-quality of SLs, growth parameters were optimised. Characteristic methods like X-ray diffraction, atomic force microscopy, and transmission electron microscopy were used. These measurements proved the high-quality of the SLs and provided the basis for electrical and magnetic measurements. The first studied SL is the (001)-oriented LaNiO3/LaAlO3 SL, which was predicted as a superconductor in theory. Temperature-dependent resistivity measurements revealed a metal-insulator transition by lowering the dimensionality of the LaNiO3 layers in the SLs from three dimensions to two dimensions. The second studied SL is the (111)-oriented LaNiO3/LaAlO3 SL, which was predicted as a topological insulator in theory. The polarity-controlled conductivity was observed and the intrinsic conductivity mechanisms were discussed by means of appropriate modeling. The third studied SL is LaMnO3/LaAlO3 SL, which was predicted as a Chern insulator in theory. By lowering the temperature, a paramagnetic-ferromagnetic phase transition and a thermal activated behavior were observed in the SLs. The last studied SL is the LaNiO3/LaMnO3 SL, in which an exchange bias effect was expected. The studies reveal the exchange bias exists in three kinds of SLs with different orientations.

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.

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).

This thesis represents a systematic study of electronic structure of the modulation-free Pb-doped Bi2212 superconducting cuprates with respect to interlayer coupling done by using the angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES), which is a leading technique in the experimental investigation of the single particle excitations in solids. The results presented in this work indicate a very different origin for the observed complex spectra lineshape. Specifically, the peak-dip-hump lineshape can be easily understood in terms of the superposition of spectral features due to bilayer band splitting, namely the splitting of the CuO2 plane derived electronic structure in bonding and antibonding bands due to the interlayer coupling of CuO2 bilayer blocks within the unit cell of Bi2212. By performing experiments at synchrotron beamlines where the energy of the incoming photons can be tuned over a very broad range, the detailed matrix elements energy dependence for both bonding and antibonding bands was determined. This gave the opportunity to study the electronic properties these two bands separately. For the first time, it was proved that the superconducting gap has the same value and symmetry for both bands. Furthermore, having recognized and sorted out the bilayer splitting effects, it became possible to identify more subtle effects hidden in the details of the ARPES lineshapes. On underdoped samples an "intrinsic" peak-dip-hump structure due to the interaction between electrons and a bosonic mode was observed. Studying the doping, temperature, and momentum dependence of the photoemission spectra it was established that: the mode has a characteristic energy of 38-40 meV and causes strong renormalization of the electronic structure only in the superconducting state; the electron-mode coupling is maximal around the (?à,0) point in momentum space and is strongly doping dependent (being greatly enhanced in the underdoped regime). From the above, it was concluded that the bosonic mode must correspond to the sharp magnetic resonance mode observed in inelastic neutron scattering experiments, and that this coupling is relevant to superconductivity and the pairing mechanism in the cuprates.

In der vorliegenden Arbeit werden die mikroskopischen Eigenschaften des supraleitenden Zustands von MgCNi3, MgB2 und einigen Seltenerd-Nickel-Borkarbiden anhand von Messungen der spezifischen Wärme untersucht. Der die Supraleitung verursachende Cooper-Paarzustand der Elektronen wird durch eine Wechselwirkung der Elektronen mit Gitterschwingungen erzeugt. Daher wird zusätzlich zur spezifischen Wärme des supraleitenden Zustands auch die des normalleitenden Zustands untersucht. Aus letzterer kann unter Berücksichtigung theoretischer Ergebnisse für die elektronische Zustandsdichte die Elektron-Phonon-Wechselwirkungsstärke bestimmt werden. Mit Hilfe eines selbstentwickelten Computerprogramms wird ausserdem das Frequenzspektrum der Gitterschwingungen abgeschätzt und mit Ergebnissen aus Neutronenstreuexperimenten verglichen. Die Energielücke des supraleitenden Zustands kann aus der spezifischen Wärme des supraleitenden Zustands bestimmt werden, die ebenso wie das obere kritische Magnetfeld Hc2(0) Hinweise auf die Elektron-Phonon-Kopplung liefert. Aus der Analyse dieser Ergebnisse und dem Vergleich mit Ergebnissen aus Transportmessungen wie der Tunnel- oder Punktkontaktspektroskopie kann gefolgert werden, inwieweit das BCS-Modell der Supraleitung modifiziert werden muss, um den supraleitenden Zustand der untersuchten Verbindungen beschreiben zu können. Dazu stehen sowohl bekannte Erweiterungen zur Berücksichtigung von verstärkter Elektron-Phonon-Kopplung als auch im Rahmen dieser Arbeit entwickelte analytische Zweibandformulierungen zur Verfügung. Untersuchungen an MgCNi3, das sich nahe einer magnetischen Instabilität befindet, zeigen, dass auftretende magnetische Fluktuationen eine Halbierung der supraleitende Übergangstemperatur Tc zur Folge haben. Der unter diesem Aspekt relativ hohe Wert von Tc=7 K ist eine Konsequenz starker Elektron-Phonon Kopplung, die im Wesentlichen durch vom Kohlenstoff stabilisierte Nickelschwingungen getragen wird. Mehrbandeffekte sind in diesem System aufgrund der Dominanz eines der Bänder an der Fermi-Kante nur für den konsistenten Vergleich unterschiedlicher Experimente von Bedeutung. So messen Transportexperimente vorrangig die Eigenschaften der schnellen Ladungsträger (Band mit der geringen partiellen Zustandsdichte), während die spezifische Wärme über die Bandanteile mittelt und daher die Eigenschaften der langsamen Ladungsträger (Band mit der hohen partiellen Zustandsdichte) reflektiert. Eine erstmalig beobachtete ausgeprägte Anomalie in der spezifischen Wärme des klassischen Mehrbandsupraleiters MgB2 (hier mit reinem Bor-10) bei etwa Tc/4=10 K kann mittels eines Zweibandmodells in Übereinstimmung mit erst kürzlich gemachten theoretischen Vorhersagen für den Fall besonders schwacher Kopplung zwischen den beiden Bändern verstanden werden. Die Stärke der Interbandkopplung ist auch von praktischem Interesse, da durch das Einbringen von Streuzentren Hc2(0) zwar erhöht wird, gleichzeitig dann aber auch im Allgemeinen die Interbandkopplung ansteigt, was eine Absenkung des gemeinsamen Tc's beider Bänder zur Folge hat. Die Analyse der spezifischen Wärme der supraleitenden Phase der nichtmagnetischen Seltenerd-Nickel-Borkarbide YNi2B2C und LuNi2B2C führt zu dem Schluss, dass sichtbare Effekte des Mehrbandelektronensystems sowohl von der Masse auf dem Platz der Seltenen Erde, als auch des Übergangsmetalls [untersucht an Lu(Ni1-xPtx)2B2C] abhängig sind. Das Signal des in der spezifischen Wärme des antiferromagnetischen HoNi2B2C sichtbaren supraleitenden Phasenübergangs ist kleiner als erwartet. Die Diskrepanz entspricht etwa einem Drittel der elektronischen Zustandsdichte und deckt sich in etwa mit Ergebnissen zu den ebenfalls magnetischen Systemen DyNi2B2C und ErNi2B2C. Im Rahmen des Mehrbandmodells kann das als natürliche Konsequenz des unterschiedlich starken Einflusses des Magnetismus auf die verschiedenen Bänder gedeutet werden.

In der vorliegenden Arbeit werden die mikroskopischen Eigenschaften des supraleitenden Zustands von MgCNi3, MgB2 und einigen Seltenerd-Nickel-Borkarbiden anhand von Messungen der spezifischen Wärme untersucht. Der die Supraleitung verursachende Cooper-Paarzustand der Elektronen wird durch eine Wechselwirkung der Elektronen mit Gitterschwingungen erzeugt. Daher wird zusätzlich zur spezifischen Wärme des supraleitenden Zustands auch die des normalleitenden Zustands untersucht. Aus letzterer kann unter Berücksichtigung theoretischer Ergebnisse für die elektronische Zustandsdichte die Elektron-Phonon-Wechselwirkungsstärke bestimmt werden. Mit Hilfe eines selbstentwickelten Computerprogramms wird ausserdem das Frequenzspektrum der Gitterschwingungen abgeschätzt und mit Ergebnissen aus Neutronenstreuexperimenten verglichen. Die Energielücke des supraleitenden Zustands kann aus der spezifischen Wärme des supraleitenden Zustands bestimmt werden, die ebenso wie das obere kritische Magnetfeld Hc2(0) Hinweise auf die Elektron-Phonon-Kopplung liefert. Aus der Analyse dieser Ergebnisse und dem Vergleich mit Ergebnissen aus Transportmessungen wie der Tunnel- oder Punktkontaktspektroskopie kann gefolgert werden, inwieweit das BCS-Modell der Supraleitung modifiziert werden muss, um den supraleitenden Zustand der untersuchten Verbindungen beschreiben zu können. Dazu stehen sowohl bekannte Erweiterungen zur Berücksichtigung von verstärkter Elektron-Phonon-Kopplung als auch im Rahmen dieser Arbeit entwickelte analytische Zweibandformulierungen zur Verfügung. Untersuchungen an MgCNi3, das sich nahe einer magnetischen Instabilität befindet, zeigen, dass auftretende magnetische Fluktuationen eine Halbierung der supraleitende Übergangstemperatur Tc zur Folge haben. Der unter diesem Aspekt relativ hohe Wert von Tc=7 K ist eine Konsequenz starker Elektron-Phonon Kopplung, die im Wesentlichen durch vom Kohlenstoff stabilisierte Nickelschwingungen getragen wird. Mehrbandeffekte sind in diesem System aufgrund der Dominanz eines der Bänder an der Fermi-Kante nur für den konsistenten Vergleich unterschiedlicher Experimente von Bedeutung. So messen Transportexperimente vorrangig die Eigenschaften der schnellen Ladungsträger (Band mit der geringen partiellen Zustandsdichte), während die spezifische Wärme über die Bandanteile mittelt und daher die Eigenschaften der langsamen Ladungsträger (Band mit der hohen partiellen Zustandsdichte) reflektiert. Eine erstmalig beobachtete ausgeprägte Anomalie in der spezifischen Wärme des klassischen Mehrbandsupraleiters MgB2 (hier mit reinem Bor-10) bei etwa Tc/4=10 K kann mittels eines Zweibandmodells in Übereinstimmung mit erst kürzlich gemachten theoretischen Vorhersagen für den Fall besonders schwacher Kopplung zwischen den beiden Bändern verstanden werden. Die Stärke der Interbandkopplung ist auch von praktischem Interesse, da durch das Einbringen von Streuzentren Hc2(0) zwar erhöht wird, gleichzeitig dann aber auch im Allgemeinen die Interbandkopplung ansteigt, was eine Absenkung des gemeinsamen Tc's beider Bänder zur Folge hat. Die Analyse der spezifischen Wärme der supraleitenden Phase der nichtmagnetischen Seltenerd-Nickel-Borkarbide YNi2B2C und LuNi2B2C führt zu dem Schluss, dass sichtbare Effekte des Mehrbandelektronensystems sowohl von der Masse auf dem Platz der Seltenen Erde, als auch des Übergangsmetalls [untersucht an Lu(Ni1-xPtx)2B2C] abhängig sind. Das Signal des in der spezifischen Wärme des antiferromagnetischen HoNi2B2C sichtbaren supraleitenden Phasenübergangs ist kleiner als erwartet. Die Diskrepanz entspricht etwa einem Drittel der elektronischen Zustandsdichte und deckt sich in etwa mit Ergebnissen zu den ebenfalls magnetischen Systemen DyNi2B2C und ErNi2B2C. Im Rahmen des Mehrbandmodells kann das als natürliche Konsequenz des unterschiedlich starken Einflusses des Magnetismus auf die verschiedenen Bänder gedeutet werden.

Diese experimentelle Arbeit beschäftigt sich mit Einkristallen der Bi Kuprate. Mittels Rastertunnelmikroskopie und der Beugung langsamer Elektronen wurde die strukturellen Eigenschaften untersucht. Es wurde ein bestehendes pseudobinäres Blei-Temperatur Phasendiagram erweitert. Mittels der Charakterisierungsresultate der energiedispersive Röntgenspektroskopie und der AC-Suszeptibilität wurde gezeigt, dass an bestimmten Lochdotierungen die Sprungtemperatur unterdrückt ist. Diese Tatsache wird für zwei Variationen des Bi2201 Kuprat-Systems bewiesen - durch Literaturdaten auch für LSCO. Desweiteren wurde argumentiert, dass die sogenannte Checkerboard-Ordnung nicht eine Ordnung der elektronischen Struktur ist. Vielmehr kann davon ausgegangen werden, dass Sie durch Dotanten-Atome verursacht wird. Dabei könnte der zusätzlichen Sauerstoff eine Bedeutung haben. Die Pseudolücken-Phase wurde mittels winkelaufgelöster Photoemission (ARPES) sowie Widerstandsmessungen untersucht. Durch ARPES konnte gezeigt werden, dass die Lücke in der antinodalen Richtung keinen grossen Anteil einer Supraleitungslücke aufweist, sondern mehr von der Pseudolückenphase bestimmt ist. Es wurde festgestellt, dass in der winkelaufgelösten Photoemission nur eine Übergangstemperatur sichtbar war, während bei den Widerstandsmessungen zwei Übergangstemperaturen sichtbar waren. Zudem wurde gezeigt, dass die Pseudolückenphase auch auf der überdotierten Seite existiert. Ein ganz und gar neues Ergebnis ist der dotierungsabhängige Verlauf der Pseudolücken-Temperatur und der in ARPES gemessenen Pseudolücke. Es zeigte sich dort zweifelsfrei, dass die Pseudolücken-Eigenschaften an genau denselben Dotierungen starke Änderungen aufweisen, an denen auch die Sprungtemperatur unterdrückt ist. Deshalb wurde propagiert, dass die Supraleitung durch Paarung von Defektlöchern in einem ansonsten magnetisch- und ladungs-hochgeordnetem Elektronensystem entsteht. / This thesis deals with the experimental exploration of the high-temperature superconducting Bi-cuprate system and mainly with single crystals of the one-layer Bi2201. To begin, the structural change resulting from Pb substitution was explored by using topological scanning tunneling microscopy (STM) and low-energy electron diffraction (LEED). The resulting morphologies were explained in a pseudo-binary phase-diagram. Using energy dispersive x-ray analysis and AC-susceptibility, it was proven that, for two variations of Bi2201 and also for LSCO, the superconducting transition temperature (TC) always drops at the same hole-doping values - an effect that might be explained by the so-called ''magic doping fractions''. By analyzing STM-data, it was reasonably argued that the so-called ''checkerboard order'' is not preferentially due to an ordering of the carriers in the Copper-Oxygen-plane. In the interpretation presented here, it is caused by dopant-atoms or dopant-complexes. The role of the Oxygen might be of particular importance. Measurements concerning the pseudogap-phase were then shown. Using angular resolved photoemission (ARPES), it was found that the gap in the antinodal direction is dominantly caused by the pseudogap-phase. Interestingly, while resistivity measurements detect two crossover temperatures, ARPES detects only the lower pseudogap-temperature. It can also be stated that the pseudogap also exists in the overdoped region. The most important finding about the pseudogap-temperature and the pseudogap-magnitude was that they also react on the doping values of the depressions in TC. Due to this finding, it was proposed that superconductivity occurs when an otherwise perfect charge-ordered and spin-ordered two-dimensional electronic system has mobile defective holes.

In dieser Arbeit wurde die Ausgangsverbindung der eisenbasierten Supraleiter, LaFeAsO, durch die Synthese und Charakterisierung von poly- und einkristallinen Proben untersucht. Supraleitung kann in den eisenbasierten Supraleitern durch Elektronen- oder Lochdotierung hervorgerufen werden. Die Substitution von Eisen durch Mangan, formal eine Lochdotierung, hat hingegen einen destruktiven Effekt auf die Supraleitung. Dieser ist bei optimal fluordotiertem LaFeAs(O,F) um Größenordnungen stärker ausgeprägt als bei Nd- oder Sm-FeAs(O,F). Indem Lanthan partiell durch das kleinere Yttrium substituiert wurde, konnte gezeigt werden, dass diese unterschiedlich starke Mangantoleranz durch die Unterschiede im Seltenerdmetall-Ionenradius bedingt ist. Weiterhin finden sich Anzeichen, dass die Unterdrückung der Supraleitung durch Mangan mit Elektronenlokalisierung korreliert ist. Das Fehlen von großen dreidimensionalen Einkristallen der SEFeAsO-Verbindungsklasse stellt ein großes Hindernis in der Erforschung der elektronischen Eigenschaften der eisenbasierten Supraleiter dar. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass das Verfahren der Festkörper-Einkristallzüchtung ein geeignetes Mittel darstellt, um große, facettierte SEFeAsO-Einkristalle mit ausgeprägtem Wachstum in c-Richtung zu erhalten. Mit diesem neu entwickelten Einkristallzüchtungsverfahren konnte ein aktualisiertes Phasendiagramm von La(Fe,Co)AsO erstellt werden. Die Substitution von Eisen durch Cobalt entspricht einer Elektronendotierung und führt zu Supraleitung mit einer maximalen Sprungtemperatur von 12 K. Die Ausgangsverbindung LaFeAsO zeigt bei etwa 156 K einen strukturellen Phasenübergang von einer tetragonalen zu einer orthorhombischen Struktur, weiterhin tritt unterhalb von etwa 138 K eine Spindichtewelle auf. In Einklang mit dem bekannten Phasendiagramm werden mit Cobaltdotierung die beiden Übergänge unterdrückt, mit höheren Cobaltkonzentrationen kommt es zu Supraleitung. Anders als beim bekannten Phasendiagramm kann eine deutliche Aufspaltung zwischen magnetischem und strukturellen Übergang bei kleinen Cobaltkonzentrationen beobachtet werden. Außerdem findet sich eine Region der Koexistenz zwischen Supraleitung und Spindichtewelle. Bisher konnte ein solcher Zustand im SE(Fe,Co)AsO-System nicht beobachtet werden.

CeCu_2Si_2 was the first heavy-fermion compound showing signatures of bulk superconductivity (T_c = 0.5 K). Further observations have put in evidence the correlations between superconductivity, magnetic order, Kondo physics, and quantum critical phenomena. In spite of the interest generated, a systematic study of such correlations was hampered by strong sample dependences. Fortunately, the inherent complexity associated to the stoichiometric composition has been recently understood. The availability of single-crystals with well-defined properties has thus reignited the interest in CeCu_2Si_2 as a window to novel phenomena, such as unconventional superconductivity. The present work summarizes the results of my doctoral research. It exemplifies the importance not only of high-quality materials, but also of suitable experimental techniques. A first step in this project involved the design of angle-dependent techniques in the milli-kelvin range, namely: electrical resistivity and thermal conductivity. It comprised the development of a rotational stage, the construction of sample holders, and the implementation of controlling and measuring components. In the second part of the project, electrical- and thermal-transport measurements on CeCu_2Si_2 were performed. Power-law behavior below T_c in the thermal conductivity suggests the presence of lines of nodes in the gap function. Also, the non-vanishing extrapolated residual terms (k_00/T ) support the presence of a residual density of states. The nodes are broadened by potential scattering, which appears to be significant in CeCu_2Si_2. The scattering hinders the determination of the symmetry of the order parameter and might be responsible for the observed isotropic angle dependence of the thermal conductivity. In contrast, angle-dependent measurements of the upper critical field exhibit a four-folded behavior, which also points towards the presence of nodes. By comparing with a weak-coupling model including the effects of Pauli limiting and anisotropic Fermi velocity, the results point towards a d_xy-wave symmetry of the order parameter. Such results represent the first angle-dependent measurements supporting a d-wave symmetry in CeCu_2Si_2.

While in conventional superconductors coupling between electrons and phonons is known to be responsible for the electron pairing, for the high temperature superconductors the pairing media remains under debates. Since the interactions of electrons with other degrees of freedom (phonons, magnetic excitations, etc) manifest themselves by an additional renormalization in the electronic dispersion, they can be investigated by means of Angle Resolved Photoelectron Spectroscopy. In the work renormalization in two families of high Tc cuprates have been studied. Along the diagonal of the two-dimensional BZ, the renormalization effects are represented by an unusual band dispersion that develops a so-called ‘‘kink’’. In the vicinity of the (pi, 0) point of the BZ, where the order parameter reaches its maximum, the renormalization is noticeably stronger and makes itself evident even in the shape of a single spectral line measured for a fixed momentum. It was shown that for the Bi-2212 samples substitution of Cu atoms in Cu-O plane changes renormalization features in ARPES spectra both in nodal and antinodal parts of the Brillouin zone. The smearing of the dip in the in the spectral line shape measured at (pi; 0) point can be well explained by coupling of electrons to the magnetic resonance mode. The effect of Zn and Ni substitution on the antinodal ARPES spectra was shown to be in good agreement with the influence of these impurities on magnetic resonance mode seen in inelastic neutron scattering experiments. This, in addition to the previous ARPES studies of temperature and doping dependence of peak-dip-hump structure, mass renormalization near antinodal region and a kink in the nodal part of Brillouin zone, provides further evidence that the coupling to magnetic excitations, rather than to phonons, is responsible for the observed unusual renormalization. Unlike the well studied Bi-2212 family of cuprates, photoemission on YBCO-123 turns out to be much more complicated. The observed spectra have a strong contribution from a heavily overdoped surface component with the hole doping level of about x~0.30, which is weakly dependent on the sample stochiometry. Absence of any signs of superconductivity in the spectra of the overdoped component was argued to result from the unusually high doping level. This conclusion is supported by the fact that the overdoped bands give rise to the Fermi surface and band structure consistent with the predictions of the LDA calculations, as well as, by the dependence of the photoemission matrix element on the excitation energy, which closely follows that of the superconducting bulk component. Specific experimental geometry was used to enhance the signal coming from the superconducting component. In particular, experiments with circularly polarized light bundled with simple theoretical considerations enabled better separation of the surface and the bulk components. This type of experiments also suggests that the overdoped component is mainly localized in the topmost CuO2 bilayer, while the next bilayers in the YBCO-123 structure already represent bulk properties and retain superconductivity. Using partially Ca substituted samples it was possible to obtain spectra with a suppressed overdoped component. The likely reason for the suppression is a shift of the most probable cleavage plane from the Ba–O interface to the Y layer. Spectra from the Ca substituted sample clearly reveal a sizable superconducting gap, and strong renormalization effects in the vicinity of the antinodal point. The fact that the renormalization vanishes above Tc and has strong momentum dependence, diminishing away from the (pi; 0)/(0; pi) point, strongly suggests that the reason for this renormalization in YBCO-123 is coupling of the electronic subsystem to spin resonance, similar to the case of Bi-2212.