Ett internationellt team av forskare har identifierat och bevisat att tillsats av föroreningar med en lägre koncentration av elektroner stabiliserar det antiferromagnetiska tillståndet hos kuprater, supraledande högtemperaturföreningar baserade på koppar. Forskargruppen, ledd av en senior kollega vid Ural Federal University, Evgeny Stepanov, har publicerat resultaten av studien i npj Quantum Materials .

"Vi studerar kollektiva elektroniska effekter i olika material, särskilt hos dem som kännetecknas av ganska stark elektron-elektron-interaktion, "säger Evgeny." Denna interaktion leder till sådana effekter som avgiftsbeställning, magnetism, supraledande tillstånd och andra. I den här artikeln, vi undersökte hur egenskaperna hos kuprater förändras när föroreningar tillsätts i systemet för att minska elektronkoncentrationen i materialet. Vanligtvis, en sådan process kallas håldopning, och frånvaron av en elektron kallas ett hål. "

Det är känt att koppar är antiferromagneter i normaltillstånd. Vid dopning, förändringen i de magnetiska egenskaperna hos olika kuprater kan ske i två scenarier:antingen antiferromagnetism förstörs och går in i ett kantat antiferromagnetiskt tillstånd, eller hål börjar bilda sitt eget magnetiska tillstånd, som kännetecknas av ett visst vågnummer.

"I föreningen som studerades, vi bevittnade det andra scenariot, i vilken antiferromagnetism stabiliseras på grund av starka elektroninteraktioner. Hålen bildar sitt magnetiska tillstånd, vilket lämnar det antiferromagnetiska tillståndet oförändrat ökar med dopning, "förklarar Evgeny Stepanov." Det som är viktigt är att denna process sker i ett stort antal elektronkoncentrationer. Detta gör att det antiferromagnetiska tillståndet kan vara i resonans vid en viss energi. Det är fortfarande inte känt med säkerhet vilken fysisk mekanism som exakt leder till uppkomsten av supraledning i dessa material. Eftersom vi inte är den enda gruppen som studerar dessa material, det finns en teori om att det är denna resonanta antiferromagnetiska som är ansvarig för supraledande tillstånd i kuprater. "

Superledning är materialets egenskap att ha noll elektrisk motstånd. I detta tillstånd, elektroner kan röra sig fritt i ett material, överföring av en elektrisk laddning. Vanligtvis, det superledande tillståndet realiseras vid en tillräckligt låg temperatur på flera tiotals grader på Kelvin -skalan och/eller vid högt tryck. Så i rumstemperatur, supraledande tillstånd kan inte erhållas ännu.

Ur experimentell synvinkel, cuprates har redan studerats väl. Teoretiskt sett Det är ganska svårt att förstå vad som händer i dessa material under håldopning och varför de uppvisar sådana egenskaper. "Anledningen är mycket stark elektron-elektron-interaktion, som inte tillåter användning av teoretiska standardmetoder för att beskriva elektroniska egenskaper i sådana material, "sa forskaren." Vår uppgift är att använda de mer avancerade metoderna vi utvecklat, försök teoretiskt förklara förekomsten av ett resonant antiferromagnetiskt tillstånd och se vad som händer med detta tillstånd vid dopning. "

Således, resultaten från författarna gör det möjligt att bestämma vilken fysisk mekanism som stabiliserar det resonanta antiferromagnetiska tillståndet, som möjligen är ansvarig för högtemperatur supraledning i koppar.