Una ricerca recentemente pubblicata da un team di scienziati guidati dal Laboratorio Ames del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti getta più luce sulla natura della superconduttività a base di ferro ad alta temperatura.

Le teorie attuali suggeriscono che le fluttuazioni magnetiche svolgono un ruolo molto significativo nel determinare le proprietà dei superconduttori e fungono persino da "colla di accoppiamento" nei superconduttori a base di ferro.

"Un metallo diventa un superconduttore quando gli elettroni normali formano quelle che i fisici chiamano coppie di Cooper. Le interazioni responsabili di questo legame sono spesso chiamate "colla di accoppiamento". Determinare la natura di questa colla è la chiave per capire, ottimizzazione e controllo dei materiali superconduttori, " disse Ruslan Prozorov, un fisico del Laboratorio Ames esperto di superconduttività e magnetismo.

Gli scienziati, dal Laboratorio Ames, Università di Nanchino, Università del Minnesota, e L'École Polytechnique, hanno concentrato la loro attenzione su campioni di cristallo singolo di alta qualità di una famiglia ampiamente studiata di superconduttori ad alta temperatura con arseniuro di ferro. Hanno cercato un approccio sperimentale per interrompere sistematicamente il magnetico, stati ordinati elettronici e superconduttori; mantenendo il campo magnetico, temperatura, e pressione invariata.

Hanno scelto una direzione non così ovvia:indurre deliberatamente disordine nel reticolo cristallino, ma in modo controllato e quantificabile. Questo è stato eseguito presso l'acceleratore di elettroni SIRIUS presso l'École Polytechnique. Gli scienziati hanno bombardato i loro campioni con elettroni veloci che si muovevano al dieci percento della velocità della luce, creando collisioni che spostavano gli atomi, e con conseguente difetti "puntiformi" desiderati. Il metodo, adottato presso il Laboratorio Ames nelle prime fasi della ricerca sulla superconduttività del ferro, è un modo per colpire o spingere il sistema e misurarne la risposta. "Pensalo come un'altra 'manopola' che possiamo girare, lasciando inalterati altri parametri importanti, " disse Prozorov.

In ricerche precedenti e correlate pubblicate in Comunicazioni sulla natura nel 2018, e usando un approccio simile di sondare il sistema per disordine, il team ha esaminato la coesistenza e l'interazione della superconduttività e dell'onda di densità di carica (CDW), un altro ordine quantistico in competizione con la superconduttività. Lì hanno trovato una relazione intricata in cui CDW compete per gli stessi stati elettronici, ma aiuta anche la superconduttività ammorbidendo i modi fononici che in quel caso svolgono il ruolo di una colla superconduttiva (un superconduttore NbSe2).

Nel presente lavoro il magnetismo itinerante (onda di densità di spin) compete anche con la superconduttività per gli stati elettronici, ma offre fluttuazioni magnetiche come collante.

Il team ha scoperto che il disturbo aggiunto ha portato a una sostanziale soppressione sia dell'ordine magnetico che della superconduttività, indicando un ruolo non banale del magnetismo nella superconduttività ad alta temperatura.

La ricerca è ulteriormente discussa nel documento, "Interazione tra superconduttività e magnetismo itinerante in Ba . sottodrogato _1-x K _X Fe ₂ Come ₂ (x =0,2) sondato dalla risposta al disturbo puntiforme controllato, " scritto da R. Prozorov, M. Ko?czykowski, M.A. Tanatar, H.H. Wen, R.M. Fernandes, e P.C. Canfield; e pubblicato in Materiali quantistici naturali .