Effects of uniaxial strain on charge-ordered YBa2Cu3O6.7 investigated by Raman and X-ray scattering

The following thesis presents the first intensive study on the effects of uniaxial strain on the structure, lattice vibrations and charge ordering phenomena (CDW) on YBa2Cu3O6.7. To this purpose it has been used an innovative piezoelectric-based device for uniaxial strain tuning. The efficiency of the device to deform the sample has been verified indirectly and directly by measuring lattice vibrations and distances with Raman spectroscopy and x-ray diffraction. At cryogenic temperatures the device shows a full capability to transfer the strain on the sample with a homogenous distribution. The efficiency of the device is considerably reduced at room temperature where only ¼ of the nominal strain is transferred to the sample with a much more inhomogeneous distribution. The reason has been identified in the higher plasticity of the used epoxy glue at elevated temperatures. The strain device has been succesfully used in non-resonant inelastic x-ray scattering measurements which allow to observe the evolution of the CDW signal and related phonon anomalies as a function of strain. The compression of the sample along one of the copper-oxide plane axes determine un considerable enhancement of the CDW peak, with an increase of 35 % at the critical temperature. Similar strain-induced enhancements have been observed also in the phonon anomalies around the CDW wave vector. The temperature dependence of the reported effect shows remarkable differences with respect to the magnetic-field induced enhancements of the CDW. Resonant inelastic x-ray scattering measurements confirm the previous observations and also show that the symmetry of CDW is characterized by an orthogonal distribution of uniaxial domains in the CuO2 planes. This supports previous RIXS studies and shows a common element of charge ordering observed in a large family of cuprates.

La seguente tesi propone il primo intensivo studio degli effetti di una pura deformazione uniassiale sulla struttura, sulle vibrazioni reticolari e sui fenomeni di ordinamento di carica (CDW) nel cuprato YBa2Cu3O6.7. A questo scopo è stato utilizzato un innovativo dispositivo piezoelettrico per la modulazione di una deformazione uniassiale. La sua efficacia nel deformare i campioni è stata verificata indirettamente e direttamente attraverso misure delle vibrazioni e distanze reticolari con tecniche di spettroscopia Raman e diffrazione di raggi x. A temperature criogeniche il dispositivo mostra una completa capacità di trasferire la deformazione sul campione con una distribuzione omogenea. L’efficienza del dispositivo viene notevolmente ridotta a temperatura ambiente dove solo ¼ della deformazione nominale viene trasferita al campione con una distribuzione molto più disomogenea. La ragione è stata attribuita alla maggiore plasticità della colla epossidica usata ad elevate temperature. Il dispositivo testato è stato utilizzato efficacemente in misure di scattering inelastico non risonante di raggi x con il quale è stato possibile osservare l’evoluzione del segnale proveniente dalle CDW e delle connesse anomalie fononiche in funzione della deformazione. La compressione del campione lungo uno degli assi nel piano rame-ossigeno ha mostrato un notevole aumento del picco delle CDW, con un incremento del 35 % alla temperatura di transizione superconduttiva. Simili incrementi legati alla deformazione sono stati riscontrati anche per le anomalie fononiche nell’intorno del vettore d’onda associato alle CDW. La dipendenza dalla temperatura degli effetti riportati ha mostrato profonde differenze con gli effetti di aumento delle CDW indotti dalla soppressione della superconduzione con l’applicazione di un forte campo magnetico. Misure di scattering risonante di raggi x hanno confermato le precedenti osservazioni e hanno inoltre mostrato che la simmetria delle CDW sia descrivibile con una distribuzione di domini uniassiali disposti ortogonalmente nel piano di CuO2. Questo conferma precedenti studi RIXS e indica un elemento comune negli ordinamenti di carica osservati in una larga famiglia di cuprati.