Ordnungsparameter

Beschreibung

 

Ladungsordnung

Chargeorder01

Unter Ladungsordnung versteht man die Selbstorganisation von Ladungsträgern in eine Überstruktur. Es kommt zu einer Ungleichverteilung (Disproportionierung) der Ladungsträger in einem nicht komplett gefüllten Leitungsband. Die Ladungsträger ordnen sich dabei in bestimmten Mustern an. Ist die Ladungsordnung statisch und umfasst sie alle Ladungsträger des Leitungsbandes, ist der ladungsgeordnete Zustand isolierend. Bekanntestes Beispiel ist die rechts dargestellte Streifenordnung von Löchern in Übergangsmetalloxiden wie La2-x-yNdySrxCuO4 oder La2-xSrxNiO4. Hier akkumulieren sich die Löcher in eindimenensionalen Streifen in Domänenwänden zwischen zweidimensionalen antiferromagnetischen Regionen. Die Ladungsordnung in diesen Materialien, die mit Spinordnung einhergeht, ist auf besonderes Interesse der Wissenschaftler gestoßen, da diese Materialien eng mit Hochtemperatursupraleitern verwandt sind. In Hochtemperatursupraleitern wie La2-xSrxCuO4 wurden Hinweise auf fluktuierende Spin-und Ladungsstreifen gefunden, welche allerdings nicht statisch ordnen.

Das gesteigerte Interesse an der Ladungsordnung hat in den vergangenen Jahren zu verstärkten Forschungsaktivitäten geführt. Im Mittelpunkt standen Kuprate und Nickelate, in denen die Konkurrenz zwischen der magnetischer Austauschwechselwirkung und der Coulomb-Abstoßung für Spin-Ladungsstreifen-Ordnung sorgt, Systeme mit gemischten Valenzen wie die Vanadate oder die Manganate, in welchen Ladungsordnung in Konkurrenz mit orbitaler Ordnung steht. Nicht nur in den anorganischen Übergangsmetalloxiden, sondern auch in organischen Ladungstransfersalzen tritt Ladungsordnung auf. Hier ist die Coulomb-Abstoßung V zwischen den Ladungsträgern auf benachbarten Gitterplätzen die treibende Kraft. Ist V groß genug, nehmen die Ladungsträger einen größtmöglichen Abstand voneinander ein. Im einfachsten Fall eines eindimensionalen Systems mit einem zu 1/4 gefüllten Leitungsband sind dann die Gitterplätze abwechseln mit einem Elektron besetzt bzw. unbesetzt. Realisiert sind solche Systeme in den quasi eindimensionalen organischen TMTTF-Ladungstransfersalzen, in denen das Leitungsband zu 3/4 gefüllt ist (entspricht 1/4 gefülltes Löcherband). In den quasi zweidimensionalen BEDT-TTF Salzen bilden sich kompliziertere zweidimensionale Ladungsordnungs-Muster aus. Der Vorteil von niedrigdimensionalen organischen Ladungstransfersalzen liegt darin, dass Parameter wie die Coulomb-Abstoßung, die Dimensionalität, oder die Bandfüllung durch Austausch einiger Molekülatome oder der Anionen variiert werden können.