Organische Leiter und Supraleiter

Beschreibung

Seit den 70er Jahre können organische Kristalle synthetisiert werden, die eine mit gewöhnlichen Metallen vergleichbare elektrische Leitfähigkeit haben, ja sogar bei TC = 13 K supraleitend werden. Die Systeme bestehen in der Regel aus relativ großen Molekülen, die sich in Stapeln oder Ebenen anordnen; getrennt sind diese Schichten durch Gegenionen, mit denen ein Austausch stattfindet.

Von wissenschaftlichem Interesse sind diese Materialien wegen ihrer großen Anisotropie, d.h. die elektrische Leitfähigkeit ist metallisch in einer oder zwei Richtungen, während sie senkrecht dazu um viele Größenordnungen kleiner ist. Die Anisotropie beeinflusst einerseits den Ladungstransport im normalleitenden Zustand (freie Ladungsträger in einer Richtung, Hüpfleitung senkrecht dazu), andererseits führt sie zu einer Reihe von ungewöhnlichen Grundzuständen, wie Ladungsdichtewellen, Spindichtewellen, Spin-Peierls-Zustand [1]. So weiß man beispielsweise, dass Landaus fundamentale Theorie, wonach wechselwirkende Teilchen durch geeignete Renormierung mit dem Modell nicht-wechselwirkender Teilchen beschrieben werden können, in einer Dimension nicht gültig ist. Von Interesse ist nun, bis zu welchem Grad von Anisotropie dieses Modell noch angewandt werden oder modifiziert werden kann.

Die Mechanismen der Supraleitung in niedrigdimensionalen organischen Leitern sind einerseits noch nicht vollständig geklärt, insbesondere der Einfluss der Phononen und von magnetischen Fluktuationen; andererseits scheint die Symmetrie des supraleitenden Grundzustands komplizierter zu sein als bei gewöhnlichen Metallen [2]. Es besteht eine Reihe von Analogien zu der Klasse der oxidischen Hochtemperatur-Supraleiter, wie die zweidimensionale Schichtstruktur, der Einfluss elektronischer Korrelationen und die Nähe zu magnetischen Phasen. Gegenüber anorganischen Kristallen erlauben organische Systeme sehr viel größere Möglichkeiten des molecular engineering, d.h. der systematischen und gezielten Veränderungen der Moleküle zur Verstärkung oder Unterdrückung bestimmter physikalischer Effekte.

Unser Interesse gilt vor allem optischen Untersuchungen der quasi-eindimensionalen Bechgaard-Salzen (TMTSF)X und (TMTTF)2X, den zweidimensionalen Supraleitern der (BEDT-TTF) Familie sowie dem quasi-eindimensionalen Leiter TTF-TCNQ. 

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Links & Literature
  1. J.M. Williams et al., Science 252, 1501 (1991).
  2. D. Jerome, Science 252, 1509 (1991).
  3. J.M. Williams, Organic superconductors (Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall, 1992).
  4. S. Brown and G. Grüner, Charge and Spin Density Waves, Scientific American 270, No. 4, 28 (1994).
  5. M. Dressel, D. Schweitzer und H. Keller, Physikalische Blätter 50, 1145 (1994).
  6. J.-P. Farges,Organic conductors (New York: Dekker, 1994).
  7. T. Ishiguro, K. Yamaji, and G. Saito, Organic superconductors, 2nd edition (Berlin; Heidelberg: Springer, 1998).
  8. J. Wosnitza, Physikalische Blätter 56, Nr. 4, 41 (2000).
  9. N. Toyota, M. Lang and J. Müller, Low-Dimensional Molecular Materials (Berlin; Heidelberg: Springer 2007).
  10. A. Lebed, The Physics of Organic Superconductors and Conductors, (Berlin; Heidelberg: Springer 2008).
  11. M. Dressel, Quantum criticality in organic conductors? Fermi-liquid versus non-Fermi-liquid behavior, J. Phys.: Condens. Matter 23, 293201 (2011).