Een team van onderzoekers, geleid door wetenschappers van het Oak Ridge National Laboratory van het Department of Energy, is dichter bij het oplossen van een van de grootste puzzels in de fysica van de gecondenseerde materie gekomen. Ze kwamen met een uniform theoretisch raamwerk voor het beschrijven van het gedrag van supergeleiders bij hoge temperaturen.

Met behulp van de Summit-supercomputer van de Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF), een DOE Office of Science User Facility bij ORNL, simuleerden de onderzoekers de effecten van het toevoegen van extra elektronen aan een koperoxiderooster bij extreem lage temperaturen.

Door de veranderingen in de elektronische eigenschappen van het materiaal te bestuderen, ontdekte het team dat de toevoeging van elektronen antiferromagnetisme onderdrukte (de neiging van elektronenspins om in tegengestelde richtingen uit te lijnen) en de vorming van Cooper-paren bevorderde, die verantwoordelijk zijn voor supergeleiding, waardoor elektriciteit kan stromen. zonder energie te verliezen.

"Dit is het eerste theoretische werk dat deze belangrijke gedragingen expliciet en consistent met elkaar verbindt", zegt B. Sriram Shastry van ORNL. "De bevindingen uit onze simulaties suggereren dat de onconventionele supergeleidende toestand die wordt aangetroffen in koperoxiden het resultaat zou kunnen zijn van een concurrentie tussen antiferromagnetisme en supergeleiding."

Volgens Shastry zijn de volgende stappen van het team het bestuderen hoe de eigenschappen van het materiaal veranderen met de temperatuur en het onderzoeken van de effecten van wanorde op de supergeleiding. "Dit werk brengt ons dichter bij een fundamenteler begrip van supergeleiders, wat zou kunnen leiden tot nieuwe materialen met nog hogere overgangstemperaturen", zei hij.

Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review B.