Study of lattice, spin and charge dynamics in Cr- and Ni-based pnictide superconductors

In früheren Studien zur unkonventionellen Supraleitung hat sich gezeigt, dass der starke Kopplungseffekt zwischen der elektronischen Ordnung und der Gitterordnung die Phasengrenzen im Normalzustand eines Materials stark beeinflussen kann, was im Allgemeinen dann auch erhebliche Auswirkungen auf das Verhalten der Supraleitung hat. Daher ist es wichtig, ein tieferes und umfassenderes Verständnis dieser Kopplungseffekte zu erhalten, um den Paarungsmechanismus unkonventioneller Supraleiter zu vestehen.

In dieser Arbeit haben wir zwei neuartige Supraleiter, CrAs and BaNi$_2$As$_2$ - zwei stark elektronengittergekoppelte Systeme - zur Untersuchung ausgewählt. ... mehrDas Ziel unserer Studie ist es ihre reiche Gitter- und elektronische Dynamik durch Ramanstreuung zu untersuchen. CrAs zeigt einen grossen magnetoelastischen Effekt in seinem magnetischen Phasenübergang erster Ordnung, welcher unter Druck verschwindet, wenn Supraleitung auftaucht. Um einen Einblick in den für die Supraleitung verantwortlichen Paarungsmechanismus zu erhalten, waren wir motiviert ein tieferes Verständnis der starken Kopplung des Gitters mit der magnetischen Ordnung im Normalzustand zu erhalten. Zu diesem Zweck wurde eine detaillierte Untersuchung der Gitter- und Magnetanregungen in einkristallinem CrAs durch temperaturabhängige Raman-Streuung durchgeführt.

BaNi$_2$As$_2$ ist hingegen ein nichtmagnetisches Analogon des gut untersuchten BaFe$_2$As$_2$ und durchläuft einen strukturellen Phasenübergang erster Ordnung in eine trikline Phase, in der sich eine kommensurable Ladungsdichtewelle (C-CDW) entwickelt. Noch wichtiger ist allerdings, dass eine kürzlich entdeckte unidirektionale inkommensurable Ladungsdichtewelle (IC-CDW) oberhalb der triklinen Phase eine bemerkenswerte Ladungsanalogie zu Spindichtewellen in eisenbasierten 122-Supraleiter darstellt, was die Frage aufwirft, ob elektronische Nematizität auch eine wichtige Rolle im Phasendiagramm des Ni-basierten Systems spielt. Mit dem Hauptziel diese Frage zu beantworten, haben wir detaillierte Raman-Streumessungen an BaNi$_2$(As,P)$_2$-Einkristallen als Funktionen sowohl der Temperatur als auch der Dotierung durchgeführt.

Along the path to unravel the mysteries of unconventional superconductivity, the strong coupling effect between the electronic and lattice orders has proven itself to play a significant role in influencing the behavior of the superconductivity by effectively shifting the phase boundaries in the normal state of the material. Therefore, it is essential to obtain a deeper and more comprehensive understanding of these coupling effects in order to uncover the pairing mechanism of unconventional superconductors.

In this thesis work we have chosen two novel superconductors, $\textit {i.e.}$, CrAs and BaNi$_2$As$_2$, which are strongly electron-lattice coupled systems, as our experimental subjects to study their rich dynamics by means of Raman scattering. ... mehrCrAs shows a giant magnetoelastic effect across the first-order magnetic transition, which disappears upon pressure as superconductivity emerges. To shed more light on the responsible pairing mechanism, we were motivated to acquire a deeper understanding of the strong coupling of the lattice with the magnetic order in the normal state. To this aim, a detailed study of the lattice and magnetic excitations in single crystal CrAs by temperature-dependent Raman scattering was carried out.

BaNi$_2$As$_2$, on the other hand, is a nonmagnetic analogue of the well-studied BaFe$_2$As$_2$, and undergoes a first-order structural transition into a triclinic phase, where a commensurate charge density wave (C-CDW) develops. More importantly, a recently discovered unidirectional incommensurate charge density wave (IC-CDW) above the triclinic phase is a striking charge analogy of the spin density wave in the iron-based 122 superconductor, which raises the question whether electronic nematicity also plays an important role in the phase diagram of the Ni-based system. With the main objective to answer this question, we have performed detailed Raman scattering measurements on single crystals BaNi$_2$(As,P)$_2$ as functions of both temperature and doping.