Tilbage til oversigtssiden.
Denne afhandling anvender neutron- og røntgendiffraktion til at kortlægge ilt-relaterede superstrukturer i superoxygeneret La2–xSrxCuO4+y, en højtemperatursuperleder. Ved at undersøge enkeltkrystaller med tre forskellige strontiumkoncentrationer (x = 0.00, 0.06, 0.09) over et bredt temperaturområde, blev fem forskellige typer af superstrukturer identificeret — herunder et hidtil ubeskrevet "kæde"-mønster, som kun blev observeret for x = 0.00 — hvilket afslører et mere komplekst og dopingafhængigt superstrukturlandskab end tidligere antaget. Resultaterne understøtter et billede af iltordning som et fænomen på flere længdeskalaer med flere sameksisterende ordninger, som potentielt kan være knyttet til materialets robuste superledende overgangstemperatur (Tc ≈ 40 K) på tværs af alle de undersøgte dopingniveauer. Afhandlingen indeholder desuden bidrag til relaterede studier af magnetiske korrelationer, samt til udviklingen af e-læringsværktøjer til undervisning af neutronspredning.
Cupratfamilien La2–xSrxCuO4+y har været fokus for intensiv forskning inden for faststoffysik siden opdagelsen af højtemperatursuperledning i denne klasse af materialer for snart fire årtier siden. Til trods for utallige undersøgelser af materialet, er grundlaget for dets superledning endnu ikke fuldt forstået. Denne afhandling præsenterer en omfattende undersøgelse af den strukturelle ordning af ilt og relaterede superstrukturer i superoxygeneret La2–xSrxCuO4+y, ved hjælp af kortlægninger af det reciprokke rum via neutron- og røntgendiffraktionsmålinger.
Planer og volumener af reciprokt rum blev målt for enkeltkrystaller af superoxygeneret La2–xSrxCuO4+y med strontiumindhold på x = 0.00, 0.06 og 0.09 ved temperaturer mellem 2 K og stuetemperatur. Målingerne omfattede neutrondiffraktion på et pulverdiffraktometer, kortlægning af reciprokt rum ved hjælp af et time-of-flight neutroninstrument og laboratorierøntgendiffraktion, samt yderligere neutronmålinger med et treakse-instrument.
Målingerne afslørede et rigere superstrukturlandskab, end man normalt opnår ved kun at fokusere på enkelte modulationer ad gangen. Fem forskellige kategorier af superstrukturer blev identificeret i prøven med x = 0.00 - staging, side-prikker, kæder, krydser og blomster - og de blev observeret konsistent på tværs af de komplementære neutron- og røntgenmålinger. Staging-, kæde-, kryds- og blomstersuperstrukturer blev observeret gennem hele det undersøgte temperaturområde.
Superstrukturernes intensitet og skarphed var stærkt afhængige af strontiumindholdet: med stigende strontiumkoncentration blev strukturerne gradvist svagere og mere diffuse, og kædesuperstrukturen blev slet ikke observeret for x = 0.06 og x = 0.09. Kædesuperstrukturen svarer ikke til tidligere rapporterede superstrukturer i dette materiale, og dens oprindelse er derfor stadig uklar. Integration over udvidede volumener i reciprokt rum viste videre, at krydssuperstrukturerne har en markant tredimensionel karakter. Endelig bekræftede treakse-neutronmålingerne, at krystallen med x = 0.06 forbliver i den strukturelle Bmab-fase ned til 5 K, hvilket udelukker en strukturel faseovergang ved lav temperatur af den type, der observeres i beslægtede materialer såsom La2–xBaxCuO4.
Samlet set er resultaterne forenelige med et billede af ordningen af ilt i superoxygeneret La2–xSrxCuO4+y som et fænomen, der spænder over flere længdeskalaer og omfatter flere samtidigt eksisterende, men rumligt adskilte ordningsmønstre. Et sådant billede er tidligere blevet foreslået i litteraturen. Resultaterne peger desuden på, at samspillet mellem disse ordningsmønstre kan være knyttet til den bemærkelsesværdigt robuste superledende overgangstemperatur på Tc ≈ 40 K, der observeres på tværs af de undersøgte dopingniveauer.
Parallelt med arbejdet om superstrukturer bidrog projektet også til neutronspredningsstudier af magnetiske korrelationer og spinfluktuationer i det samme materialesystem, samt til udviklingen af online e-læringsværktøjer og virtuelle neutronspredningseksperimenter til undervisningsformål.