Temperatur- und ortsabhängige Zustandsdichte des organischen Supraleiters Kappa-(BEDT-TTF) 2 Cu[N(CN) 2]Br

Im Rahmen dieser Arbeit wurde die temperatur- und ortsabhängige Zustandsdichte des organischen Supraleiters kappa-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br mit Rastertunnelspektroskopie bei tiefen Temperaturen untersucht.rnZusätzlich zur bereits bekannten supraleitenden Energielücke wird dabei eine logarithmische Unterdrückung der Zustandsdichte an der Fermikante beobachtet, die auch oberhalb der kritischen Temperatur erhalten bleibt. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, dass sich dieses Verhalten durch ein für ungeordnete elektronische Systeme entwickeltes Modell unter Berücksichtigung von Coulomb-Wechselwirkungen beschreiben lässt. Die daraus resultierenden Fluktuationen der elektronischen Struktur führen zu einer Verbreiterung der gemessenen supraleitenden Energielücke, die sich durch sehr kleine Kohärenzmaxima im entsprechenden Quasiteilchenanregungsspektrum äußert. Dieses Verhalten wurde bereits beobachtet, konnte jedoch bisher nicht erklärt werden. Die theoretische Beschreibung der logarithmischen Unterdrückung trägt somit zusätzlich zum Verständnis des supraleitenden Beitrags bei, sodass die gesamte Zustandsdichte vollständig beschrieben werden kann. Die Analyse der gemessenen supraleitenden Energielücke wurde für verschiedene Symmetrien des Ordnungsparameters durchgeführt, wobei die beste Übereinstimmung für die Annahme einer d-wellenartigen Symmetrie mit zwei unterschiedlich stark ausgeprägten Energielücken gefunden wurde. Der Paarbildungsmechanismus, der zur Bindung zweier Elektronen zu einem Cooper-Paar führt, kann mit einer $d$-wellenartigen Symmetrie nicht durch die in konventionellen Supraleitern gefundene Elektron-Phonon-Kopplung erklärt werden. Stattdessen wird in Analogie zur Hochtemperatur-Supraleitung eine durch antiferromagnetische Spin-Wechselwirkungen induzierte Kopplung der Elektronen vermutet. Dies wird zum einen durch die oberhalb der kritischen Temperatur auftretende, zweite Energielücke und zum anderen durch die zwischen 4,66 und 5,28 liegende Kopplungsstärke 2Delta/(kB Tc) unterstützt, die deutlich größer als für konventionelle Supraleiter mit Elektron-Phonon-Kopplung ist.

This thesis presents the investigation of the density of states of the organic supercondcutor kappa-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br using scanning tunneling spectroscopy at low temperatures. In addition to the well-known energy gap resulting from superconductivity a logarithmic suppression of the density of states is observed at the Fermi level. This energy gap still exists above the critical temperature where superconductivity vanishes. Within the framework of this work, it is shown that this behavior can be explained by a model developed for electronically disordered systems with Coulomb interaction. The resultant fluctuations of the electronic structure provoke a broadening of the superconducting energy gap which has already been observed in other experiments in correspondent literature, but which could never be explained. In this thesis a model for the complete characterization of the measured density of states was found. Two different symmetries of the order parameter of the superconducting phase transition have been taken into account for the analysis of the measured superconducting energy gap. The assumption of a d-wave symmetry with two unequally pronounced gaps provides the best agreement to the measured data. In this symmetry, the coupling mechanism leading to the formation of a cooper-pair cannot be explained by the electron-phonon-coupling which is found in conventional superconductors. Instead of that, a coupling due to an antiferromagnetic spin-interaction is assumed in analogy to high-temperature superconductors. This finding is supported by the second energy gap still existing above the critical temperature and by the value of the coupling strength 2 Delta/(kB Tc) between 4.66 and 5.28. The latter can be determined by the temperature dependent behavior of the width of the superconducting energy gap and is much larger than for conventional superconductors with electron-phonon-coupling.