Genom att använda solid state-kärnmagnetisk resonans (ssNMR) tekniker, forskare vid det amerikanska energidepartementets Ames Laboratory upptäckte en ny kvantkriticitet i ett supraledande material, leder till en större förståelse för kopplingen mellan magnetism och okonventionell supraledning.

De flesta supraledare av järn-arsenid uppvisar både magnetiska och strukturella (eller nematiska) övergångar, vilket gör det svårt att förstå vilken roll de spelar i supraledande tillstånd. Men en förening av kalcium, kalium, järn, och arsenik, och dopad med små mängder nickel, CaK(Fe _1−x Ni _x ) ₄ Som ₄ , först gjord på Ames Laboratory, har upptäckts uppvisa ett nytt magnetiskt tillstånd som kallas ett antiferromagnetiskt tillstånd av hedgehog spin-virvel kristall utan nematiska övergångar.

"Spin eller nematiska fluktuationer kan anses spela en viktig roll för okonventionell supraledning, sa Yuji Furukawa, en senior vetenskapsman vid Ames Laboratory och professor i fysik och astronomi vid Iowa State University. "Med detta speciella material, vi kunde bara undersöka de magnetiska fluktuationerna, och NMR är en av de mest känsliga teknikerna för att undersöka dem." Han fortsatte, "med 75As NMR, vi upptäckte att CaK(Fe _1−x Ni _x ) ₄ Som ₄ är belägen vid en igelkottsspin-virvelkristall antiferromagnetisk kvantkritisk punkt som undviks på grund av supraledning. Upptäckten av den magnetiska kvantkriticiteten utan nematicitet i CaK(Fe _1−x Ni _x ) ₄ Som ₄ tyder på att spinnfluktuationerna är den primära drivkraften för supraledning."

Furukawas upptäckt var ett samarbete mellan Ames Laboratorys världsledande SSNMR-team och labbets fysiker för kondenserad materia, inklusive Paul Canfield, en senior vetenskapsman vid Ames Laboratory och en framstående professor och Robert Allen Wright professor i fysik och astronomi vid Iowa State University.

"Detta är en ny typ av magnetisk ordning, " sade Canfield. "Du har denna intressanta interaktion mellan supraledning och magnetism från höga temperaturer i normalt tillstånd. Detta ger oss en känsla av att denna supraledning vid höga temperaturer kan komma från denna nära kvantkritiska antiferromagnetiska övergång."

Forskningen diskuteras vidare i tidningen, "Hedgehog Spin-vortex Crystal Antiferromagnetic Quantum Criticality in CaK(Fe _1−x Ni _x ) ₄ Som ₄ avslöjat av NMR, " publicerad i Fysiska granskningsbrev .