Een internationaal team van onderzoekers heeft vastgesteld en bewezen dat het toevoegen van onzuiverheden met een lagere concentratie elektronen de antiferromagnetische toestand van cuprates stabiliseert, hoge temperatuur supergeleidende verbindingen op basis van koper. Het onderzoeksteam, geleid door een senior fellow aan de Ural Federal University, Jevgeni Stepanov, heeft de resultaten van het onderzoek gepubliceerd in npj Quantum Materialen .

"We bestuderen collectieve elektronische effecten in verschillende materialen, vooral in die die worden gekenmerkt door vrij sterke elektron-elektron interactie, ", zegt Evgeny. "Deze interactie leidt tot effecten als ladingsordening, magnetisme, supergeleidende staat en anderen. In dit artikel, we onderzochten hoe de eigenschappen van cuprates veranderen wanneer onzuiverheden aan het systeem worden toegevoegd om de elektronenconcentratie in het materiaal te verminderen. Gebruikelijk, zo'n proces wordt gatendoping genoemd, en de afwezigheid van een elektron wordt een gat genoemd."

Het is bekend dat cupraten in normale toestand antiferromagneten zijn. Bij doping, de verandering in de magnetische eigenschappen van verschillende cuprates kan in twee scenario's optreden:ofwel wordt antiferromagnetisme vernietigd en gaat het in een gekantelde antiferromagnetische toestand, of gaten beginnen hun eigen magnetische staat te vormen, die wordt gekenmerkt door een bepaald golfgetal.

"In de verbinding die werd bestudeerd, we waren getuige van het tweede scenario, waarin antiferromagnetisme wordt gestabiliseerd door sterke elektroneninteracties. De gaten vormen hun magnetische staat, die de antiferromagnetische toestand onveranderd laat toenemen met doping, " legt Evgeny Stepanov uit. "Wat belangrijk is, is dat dit proces plaatsvindt in een breed scala aan elektronenconcentraties. Hierdoor kan de antiferromagnetische toestand bij een bepaalde energie in resonantie zijn. Het is nog steeds niet met zekerheid bekend welk fysiek mechanisme precies leidt tot het optreden van supergeleiding in deze materialen. Aangezien we niet de enige groep zijn die deze materialen bestudeert, er is een theorie dat het deze resonerende antiferromagnetische stof is die verantwoordelijk is voor de supergeleidende toestand in cuprates."

Supergeleiding is de eigenschap van materialen dat ze geen elektrische weerstand hebben. In deze staat, elektronen kunnen vrij bewegen in een materiaal, het overbrengen van een elektrische lading. Gebruikelijk, de supergeleidende toestand wordt gerealiseerd bij een voldoende lage temperatuur van enkele tientallen graden op de Kelvinschaal en/of bij hoge druk. Dus bij kamertemperatuur de supergeleidende toestand kan nog niet worden verkregen.

Vanuit een experimenteel oogpunt, cuprates zijn al goed bestudeerd. theoretisch, het is vrij moeilijk te begrijpen wat er in deze materialen gebeurt onder invloed van gatendoping en waarom ze zulke eigenschappen vertonen. "De reden is een zeer sterke elektron-elektron interactie, die het gebruik van standaard theoretische methoden voor het beschrijven van elektronische eigenschappen in dergelijke materialen niet toestaat, "zei de wetenschapper. "Onze taak is om de meer geavanceerde methoden te gebruiken die we hebben ontwikkeld, probeer de aanwezigheid van een resonante antiferromagnetische toestand theoretisch te verklaren en kijk wat er met deze toestand gebeurt bij doping."

Dus, de resultaten verkregen door de auteurs maken het mogelijk om te bepalen welk fysiek mechanisme de resonante antiferromagnetische toestand stabiliseert, die mogelijk verantwoordelijk is voor de supergeleiding bij hoge temperaturen in cupraten.