Konkurrenz von Supraleitung und nanoskaligem Magnetismus im Hochtemperatur­supraleiter La2-xBaxCuO4

Hochtemperatur-Supraleitung entsteht in Kupraten wenn mobile Ladungsträger in die Kupfer-Sauerstoffebenen dotiert werden. In undotiertem Verbindungen ist genau ein Ladungsträger per Kupferatom vorhanden. Diese sind lokalisiert und es bildet sich eine stabile antiferromagnetische Ordnung aus. Fügt man weitere Ladungsträger hinzu, wird diese Ordnung zerstört und es bildet sich ein supraleitendes Metall. In der Verbindung La_2-xBa_xCuO₄ entsteht bei einer Dotierung von x=1/8 ein besonderer magnetischer Zustand, der die Supraleitung unterdrückt: Eine streifenartige Anordnung von antiferromagnetischen Domänen und metallischen Domänen auf einer Nanometer-Längenskala in den Kupfer-Sauerstoff-Ebenen. Diese Streifenordnung existiert nur in einem kleinen Dotierungsbereich: Bei einer kleinen Abweichung von x=1/8 ist das Material wieder supraleitend.

In dieser Publikation zeigen wir, wie fragil dieser Streifenzustand ist: Durch Anlegen von nur 60 MPa uniaxialem Druck – ein sehr kleiner Druck zur Modifikation elektronischer Eigenschaften von anorganischen Verbindungen – kann die Streifenordnung unterdrückt werden und das Material wird wieder supraleitend. Mit Hilfe der Myonenspinrelaxation kann die Stärke und der Volumenanteil einer magnetisch geordneten Phase sehr empfindlich bestimmt werden. Auf dem Bild beweisen die Oszillationen der Myonenspinpolarisation als Funktion der Zeit eindeutig die magnetische Ordnung. Die abnehmende Amplitude der Oszillation als Funktion des uniaxialen Drucks zeigt das Verschwinden der magnetisch geordneten Phase.

Publikation: Z. Guguchia et al., Phys. Rev. Lett. 125, 097005 (August 2020)