Kurzfassung
Elektronische Anregungen und ihre Wechselwirkungen in Hochtemperatursupraleitern werden mittels inelastischer Lichtstreuung untersucht. Ausgehend von den undotierten antiferromagnetischen Isolatoren, deren elektronische Anregungen magnetischer Natur sind, wird die systematische Abhängigkeit dieser Anregungen mit wachsender Dotierung studiert. Wir finden, daß die magnetischen Anregungen in den dotierten und supraleitenden Y-123 sowie Bi-2212 Proben bei Anregungsenergien von etwa 250 meV bestehen bleiben und beim Übergang des Materials in den supraleitenden Zustand modifiziert werden. Dies impliziert, daß supraleitungsinduzierte Effekte nicht nur auf der Energieskala des Ordnungsparameters Δ der Supraleiter auftreten, sondern auch auf der Skala des Superaustausches J. Die weitere Dotierungsabhängigkeit der beobachteten Anregungen legt nahe, daß unterdotierte Kuprate eher als dotierte Antiferromagneten zu begreifen sind, während das deutlich überdotierte Material eher Verhalten einer stark wechselwirkenden Fermiflüssigkeit zeigt.
Ausgehend von einer kurzen Einleitung in die Grundlagen der inelastischen Lichtstreuung an Festkörpern, werden einige weiterführende Modellvorschläge diskutiert, die zum Verständnis der beobachteten Spektren beitragen.
Electronic excitations and their interactions in high-temperature superconductors are examined by inelastic light scattering. Starting the study in the well-defined undoped compounds, where the strongly interacting electrons can be described in terms of magnetic excitations, we carry out a systematic investigation into the doped and superconducting stoichimetries. The study demonstrates that the antiferromagnetic excitations, present in the undoped antiferromagnetic compounds at high energies of the order of 250 meV, persist in the presumably metallic regime of the Y-123 and Bi-2212 family of the cuprates and become modified below the critical temperature Tc. Thus, superconductivity-induced changes occur not only on energy scales related to the superconducting order parameter Δ, but also on an energy scale related to the superexchange energy J. The resonance and doping dependance of the observed spectral features reveal that underdoped cuprate superconductors should be considered as doped antiferromagnets, whereas strongly overdoped compounds might be treated best in terms of strongly interacting Fermi-liquids.
Based on the general theory of inelastic light scattering in solids, we derive some ideas from basic many-body concepts and propose some simple suggestions that may help to understand the observed scattering intensities.