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Kurzfassung
In der vorliegenden Arbeit werden die mikroskopischen Eigenschaften des supraleitenden Zustands
von MgCNi 3 , MgB 2 und einigen Seltenerd-Übergangsmetall-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 H c2 (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 MgCNi 3 , das sich nahe einer magnetischen Instabilität befindet, zeigen, dass
auftretende magnetische Fluktuationen eine Halbierung der supraleitenden Übergangstemperatur T c
zur Folge haben. Der unter diesem Aspekt relativ hohe Wert von T c = 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
MgB 2 (hier mit reinem Bor-10) bei etwa T c /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
H c2 (0) zwar erhöht wird, gleichzeitig dann aber auch im Allgemeinen die Interbandkopplung ansteigt,
was eine Absenkung des gemeinsamen T c ’s beider Bänder zur Folge hat.
Die Analyse der spezifischen Wärme der supraleitenden Phase der nichtmagnetischen Seltenerd-
Nickel-Borkarbide YNi 2 B 2 C und LuNi 2 B 2 C 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(Ni 1−x Pt x ) 2 B 2 C] abhängig sind.
Das Signal des in der spezifischen Wärme des antiferromagnetischen HoNi 2 B 2 C 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 DyNi 2 B 2 C und ErNi 2 B 2 C. Im Rahmen des Mehrbandmodells kann das als natürliche
Konsequenz des unterschiedlich starken Einflusses des Magnetismus auf die verschiedenen
Bänder gedeutet werden.