Met behulp van vaste-stof kernmagnetische resonantie (ssNMR) technieken, wetenschappers van het Ames Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy ontdekten een nieuwe kwantumkritiek in een supergeleidend materiaal, wat leidt tot een beter begrip van het verband tussen magnetisme en onconventionele supergeleiding.

De meeste ijzer-arsenide supergeleiders vertonen zowel magnetische als structurele (of nematische) overgangen, waardoor het moeilijk is om de rol die ze spelen in supergeleidende toestanden te begrijpen. Maar een verbinding van calcium, potassium, ijzer, en arseen, en gedoteerd met kleine hoeveelheden nikkel, CaK(Fe _1−x Ni _x ) ₄ Als ₄ , voor het eerst gemaakt in Ames Laboratory, er is ontdekt dat het een nieuwe magnetische toestand vertoont, een antiferromagnetische toestand van het hedgehog-spin-vortexkristal zonder nematische overgangen.

"Spin of nematische fluctuaties kunnen worden beschouwd als een belangrijke rol voor onconventionele supergeleiding, " zei Yuji Furukawa, een senior wetenschapper bij Ames Laboratory en een professor in natuurkunde en sterrenkunde aan de Iowa State University. "Met dit specifieke materiaal, we konden alleen de magnetische fluctuaties onderzoeken, en NMR is een van de meest gevoelige technieken om ze te onderzoeken." Hij vervolgde, "met behulp van 75As NMR, we ontdekten dat CaK(Fe _1−x Ni _x ) ₄ Als ₄ bevindt zich op een antiferromagnetisch kwantumkritisch punt van het hedgehog-spin-vortexkristal dat wordt vermeden vanwege supergeleiding. De ontdekking van de magnetische kwantumkritiek zonder nematiciteit in CaK(Fe _1−x Ni _x ) ₄ Als ₄ suggereert dat de spin-fluctuaties de belangrijkste aanjager zijn van supergeleiding."

Furukawa's ontdekking was een samenwerking tussen het toonaangevende SSNMR-team van Ames Laboratory en de gecondenseerde materie-fysici van het laboratorium, waaronder Paul Canfield, een senior wetenschapper aan het Ames Laboratory en een Distinguished Professor en de Robert Allen Wright Professor of Physics and Astronomy aan de Iowa State University.

"Dit is een nieuw type magnetische orde, " zei Canfield. "Je hebt deze interessante interactie tussen supergeleiding en magnetisme van hoge temperaturen in de normale toestand. Dit geeft ons enig gevoel dat deze supergeleiding bij hoge temperatuur mogelijk afkomstig is van deze bijna kwantumkritische antiferromagnetische overgang."

Het onderzoek wordt verder besproken in de paper, "Egel Spin-vortex Crystal Antiferromagnetische kwantumkritiek in CaK(Fe .) _1−x Ni _x ) ₄ Als ₄ onthuld door NMR, " gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .