Op ijzer gebaseerde supergeleiders bevatten lagen ijzer en een pnictogeen – zoals arseen of fosfor – of een chalcogeen, zoals zuurstof of selenium. Eerder afgedaan als zwakke kandidaten voor supergeleiding, op ijzer gebaseerde supergeleiders verrasten de wetenschappelijke gemeenschap toen werd ontdekt dat de nieuwe ijzerarsenidefamilie zeer hoge overgangstemperaturen had. Sindsdien zijn deze hoge-temperatuur-supergeleiders een hot topic van onderzoek geworden, waarbij neutronen en muonen een essentiële rol spelen bij het onderzoeken van hun ongewone eigenschappen, om de kwantumfysica te helpen bij het ontwikkelen van een theorie achter supergeleidende materialen bij hoge temperatuur.

Een team van onderzoekers van het Tokyo Institute of Technology, Ibaraki-universiteit, het Institute of Materials Structure Science en de Graduate University of Advanced Studies (Japan) hebben daarom de krachten gebundeld om de magnetische structuur van op ijzer gebaseerde supergeleiders aan het Institut Laue-Langevin (ILL) te bestuderen om hun begrip van kwantummaterialen te verdiepen.

In 's werelds vlaggenschipcentrum voor neutronenwetenschap, het onderzoeksteam gebruikte de D20-diffractometer om een ​​neutronendiffractie-experiment uit te voeren om de magnetische structuur van ₁₅₄ SmFeAsO _{1 x} NS _x . D20 heeft een breed scala aan toepassingen, van thermodiffractometrie, magnetisme en kinetiek tot multi-stroboscopie, textuur, sterk absorberende monsters, verstoorde systemen en fysisorptie. Als een zeer intensieve 2-assige diffractometer uitgerust met een grote positiegevoelige detector, D20 geeft wetenschappers informatie met een gemiddelde tot hoge resolutie over zeer kleine monsters, het verstrekken van zeer nauwkeurige waarden voor de atomaire en/of magnetische structuur van het materiaal. D20 kan worden toegepast om kristallijne vaste stoffen te bestuderen, vloeistoffen of amorfe materialen en hun interacties met gassen.

Met D20 kunnen wetenschappers reproduceerbare experimenten uitvoeren met een perfecte routinemeting. De krachtige neutronenbundel maakt het mogelijk om het diffractiepatroon van elk monster van gecondenseerde materie te observeren. Een materiaal met een magnetische volgorde wordt weergegeven, in een neutronendiffractie-experiment, een diffractiepatroon voor zijn nucleaire structuur (rangschikking van atomen) en magnetische structuur (de rangschikking van magnetische momenten gedragen door sommige van zijn atomen).

In de studie, de onderzoekers synthetiseerden monsters van SmFeAsO1-xHx met verschillende x-variabelen bij 1573 K (1300 C) en 5 GPa. Ze maakten ook isotopisch gesubstitueerde monsters ₁₅₄ SmFeAsO _1-x NS _x om de grote neutronenabsorptie van natuurlijk Sm.

Na het uitvoeren van het neutronendiffractie-experiment om diffractiepatronen van elk monster te verkrijgen, de wetenschappers ontdekten een nieuwe antiferromagnetische (AFM2) fase in het elektron-overgedoteerde regime van ₁₅₄ SmFeAsO _1-x NS _x monsters met x ≥ 0,56, met een bijzonder hoog magnetisch moment op de ijzerplaatsen. Het magnetische moment op Fe in AFM2 bereikt 2,73 µb/Fe, wat de grootste is van alle tot nu toe gerapporteerde niet-gedoteerde op ijzer gebaseerde antiferromagneten. De theoretische berekeningen laten zien dat dit te wijten is aan kinetische frustratie.

Voor dit, zware elektronendoping werd overwogen om de elektronencorrelatiesterkte te verminderen. Echter, in dit onderzoek, zware elektronendoping via indirecte middelen verbetert de elektronencorrelatiesterkte, wat een nieuw perspectief op de eigenschappen van supergeleidend materiaal bij hoge temperatuur oplevert. Dit zal belangrijk zijn voor de toekomst van het aanpassen van doping binnen deze supergeleiders om toepassingen in het veld te vergroten.