Neutronendiffractie in het Australian Centre for Neutron Scattering heeft de afwezigheid van magnetische orde opgehelderd en de supergeleiding van een nieuwe volgende generatie supergeleiders geclassificeerd in een paper gepubliceerd in Eurofysica-brieven .

Het op ijzer gebaseerde nitride, ThFeAsN, die Th . bevat ₂ N ₂ en FeAs ₂ lagen, is van groot belang geweest omdat onconventionele supergeleiding optreedt bij een temperatuur van 30 K. Dit materiaal was van bijzonder belang omdat de supergeleiding ontstond zonder dotering van zuurstof.

Een grote groep overwegend Chinese onderzoekers, onder leiding van prof. Huiqian Luo van het Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics verzamelde diffractiemetingen op de hoge-intensiteitsdiffractometer WOMBAT, bijgestaan ​​door instrumentwetenschappers Dr. Helen Maynard-Casely en Dr. Guochu Deng, gevestigd in het Australian Centre for Neutron Scattering. Hierdoor konden ze de kristalstructuur van de verbinding over een groot temperatuurbereik bepalen.

In vergelijkbare soorten materialen, het begin van een supergeleidende toestand wordt geassocieerd met magnetische ordening binnen de kristalstructuur. Eerdere metingen hadden geen magnetische ordening in het ThFeAsN-materiaal laten zien, en daarom was deze neutronenstudie een kans om dit te bevestigen en te zoeken naar andere structurele inzichten in de eigenschappen van het materiaal.

Het ontbreken van magnetische ordening werd bevestigd omdat er geen verschil werd gevonden tussen de datasets bij 6 K en 40 K. Alle waargenomen reflecties konden worden geïdentificeerd als zijnde afkomstig van de atomaire structuur van 6K tot 300K - er waren geen magnetische reflecties geïdentificeerd.

Diffractiepatronen over het temperatuurbereik van 300 K tot 6 K gaven ook aan dat er geen structurele faseovergang was van tetragonaal naar orthorhombisch in het kristalrooster.

De onderzoekers rapporteerden dat de roosterparameters continu toenamen met de temperatuur als gevolg van thermische uitzetting en een zwakke vervorming in de tetraëder vond mogelijk plaats bij 160 K. Details van de structuur wijzen op deze vervorming afkomstig van de FeAs ₂ lagen.

De nauwe relatie tussen de lokale structuur van de FeAs4-tetraëder en de supergeleidende temperatuur, suggereerde dat TheFeAsN zich in een bijna geoptimaliseerde supergeleidende toestand bevindt.

Dit is anders dan veel andere ontdekte supergeleidende materialen, die aanpassingen in hun chemie vereisen om de hoogste kritische temperatuur te produceren.

De auteurs vermoedden ook dat de korte afstand van Fe-As de voorkeur zou geven aan elektronenhoppen, het verminderen van elektronencorrelaties en orbitale orde, waardoor een redelijke verklaring wordt gegeven voor de afwezigheid van magnetische orde, structurele overgang en weerstandsafwijking.

Dragerdichtheidsmetingen gaven aan dat ThFeAsN al door elektronen kon worden gedoteerd, die waarschijnlijk worden geïntroduceerd door het N-tekort of de O-bezetting of de verminderde valentie van stikstof. Het zelfdoping-effect zou verantwoordelijk kunnen zijn voor de supergeleiding en onderdrukking van magnetische orde.