Un equipo internacional de investigadores ha identificado y demostrado que la adición de impurezas con una menor concentración de electrones estabiliza el estado antiferromagnético de los cupratos, compuestos superconductores de alta temperatura a base de cobre. El equipo de investigación dirigido por un investigador senior de la Universidad Federal de los Urales, Evgeny Stepanov, ha publicado los resultados del estudio en Materiales cuánticos npj .

"Estudiamos efectos electrónicos colectivos en diversos materiales, especialmente en aquellos que se caracterizan por una interacción electrón-electrón bastante fuerte, "dice Evgeny." Esta interacción conduce a efectos como el orden de carga, magnetismo, estado superconductor y otros. En este articulo, Investigamos cómo cambian las propiedades de los cupratos cuando se agregan impurezas al sistema para reducir la concentración de electrones en el material. Generalmente, tal proceso se llama dopaje de agujeros, y la ausencia de un electrón se llama agujero ".

Se sabe que los cupratos son antiferromagnetos en estado normal. Tras el dopaje, el cambio en las propiedades magnéticas de varios cupratos puede ocurrir en dos escenarios:o el antiferromagnetismo se destruye y entra en un estado antiferromagnético inclinado, o los agujeros comienzan a formar su propio estado magnético, que se caracteriza por un cierto número de onda.

"En el compuesto que se estudió, fuimos testigos del segundo escenario, en el que el antiferromagnetismo se estabiliza debido a fuertes interacciones de electrones. Los agujeros forman su estado magnético, que deja el estado antiferromagnético sin cambios aumentando con el dopaje, ", explica Evgeny Stepanov." Lo importante es que este proceso se produce en una amplia gama de concentraciones de electrones. Esto permite que el estado antiferromagnético esté en resonancia a una determinada energía. Todavía no se sabe con certeza qué mecanismo físico conduce exactamente a la aparición de superconductividad en estos materiales. Dado que no somos el único grupo que estudia estos materiales, Existe la teoría de que es este antiferromagnético resonante el responsable del estado superconductor en los cupratos ".

La superconductividad es la propiedad de los materiales de tener cero resistencia eléctrica. En este estado, los electrones pueden moverse libremente dentro de un material, transfiriendo una carga eléctrica. Generalmente, el estado superconductor se realiza a una temperatura suficientemente baja de varias decenas de grados en la escala Kelvin y / o a alta presión. Entonces, a temperatura ambiente, el estado superconductor aún no se puede obtener.

Desde un punto de vista experimental, los cupratos ya han sido bien estudiados. Teóricamente Es bastante difícil comprender qué sucede en estos materiales bajo la acción del dopaje de orificios y por qué exhiben tales propiedades. "La razón es una interacción muy fuerte electrón-electrón, que no permite el uso de métodos teóricos estándar para describir las propiedades electrónicas en dichos materiales, ", dijo el científico." Nuestra tarea es utilizar los métodos más avanzados que desarrollamos, tratar de explicar teóricamente la presencia de un estado antiferromagnético resonante y ver qué sucede con este estado tras el dopaje ".

Por lo tanto, los resultados obtenidos por los autores permiten determinar qué mecanismo físico estabiliza el estado antiferromagnético resonante, que posiblemente sea responsable de la superconductividad a altas temperaturas en los cupratos.