Un team internazionale di ricercatori ha identificato e dimostrato che l'aggiunta di impurità con una minore concentrazione di elettroni stabilizza lo stato antiferromagnetico dei cuprati, composti superconduttori ad alta temperatura a base di rame. Il gruppo di ricerca, guidato da un ricercatore presso l'Università Federale degli Urali, Evgenij Stepanov, ha pubblicato i risultati dello studio in npj Materiali quantistici .

"Studiamo effetti elettronici collettivi in ​​vari materiali, specialmente in quelli caratterizzati da un'interazione elettrone-elettrone abbastanza forte, " dice Evgeny. "Questa interazione porta a effetti come l'ordinamento della carica, magnetismo, stato superconduttore e altri. In questo articolo, abbiamo studiato come cambiano le proprietà dei cuprati quando vengono aggiunte impurità al sistema per ridurre la concentrazione di elettroni nel materiale. Generalmente, tale processo è chiamato hole doping, e l'assenza di un elettrone si chiama buco."

È noto che i cuprati sono antiferromagneti allo stato normale. Al doping, il cambiamento nelle proprietà magnetiche di vari cuprati può avvenire in due scenari:o l'antiferromagnetismo viene distrutto e passa in uno stato antiferromagnetico inclinato, o buchi iniziano a formare il proprio stato magnetico, che è caratterizzato da un certo numero d'onda.

"Nel composto che è stato studiato, abbiamo assistito al secondo scenario, in cui l'antiferromagnetismo è stabilizzato a causa di forti interazioni di elettroni. I fori formano il loro stato magnetico, che lascia inalterato lo stato antiferromagnetico aumentando con il drogaggio, " spiega Evgeny Stepanov. "Quello che è importante è che questo processo si verifica in un'ampia gamma di concentrazioni di elettroni. Ciò consente allo stato antiferromagnetico di essere in risonanza ad una certa energia. Non è ancora noto con certezza quale meccanismo fisico porti esattamente alla comparsa della superconduttività in questi materiali. Poiché non siamo l'unico gruppo a studiare questi materiali, c'è una teoria secondo cui è questo antiferromagnetico risonante che è responsabile dello stato superconduttore nei cuprati."

La superconduttività è la proprietà dei materiali di avere una resistenza elettrica nulla. In questo stato, gli elettroni possono muoversi liberamente all'interno di un materiale, trasferire una carica elettrica. Generalmente, lo stato superconduttore si realizza ad una temperatura sufficientemente bassa di alcune decine di gradi sulla scala Kelvin e/o ad alta pressione. Quindi a temperatura ambiente, lo stato superconduttore non può ancora essere ottenuto.

Da un punto di vista sperimentale, cuprati sono già stati ben studiati. Teoricamente, è abbastanza difficile capire cosa succede in questi materiali sotto l'azione del drogaggio del foro e perché esibiscono tali proprietà. "Il motivo è l'interazione elettrone-elettrone molto forte, che non consente l'uso di metodi teorici standard per descrivere le proprietà elettroniche di tali materiali, " ha detto lo scienziato. "Il nostro compito è utilizzare i metodi più avanzati che abbiamo sviluppato, prova a spiegare teoricamente la presenza di uno stato antiferromagnetico risonante e guarda cosa succede a questo stato dopo il doping".

Così, i risultati ottenuti dagli autori consentono di determinare quale meccanismo fisico stabilizza lo stato risonante antiferromagnetico, che è probabilmente responsabile della superconduttività ad alta temperatura nei cuprati.