Los superconductores a base de hierro contienen capas de hierro y un pictógeno, como arsénico o fósforo, o un calcógeno, como oxígeno o selenio. Previamente descartados como candidatos débiles para la superconductividad, Los superconductores a base de hierro tomaron por sorpresa a la comunidad científica cuando se descubrió que la nueva familia del arseniuro de hierro tenía temperaturas de transición muy altas. Desde entonces, estos superconductores de alta temperatura se han convertido en un tema candente de investigación, con neutrones y muones que juegan un papel esencial en la investigación de sus propiedades inusuales, para ayudar a la física cuántica a desarrollar una teoría detrás de los materiales superconductores de alta temperatura.

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio, Universidad de Ibaraki, Por lo tanto, el Instituto de Ciencia de la Estructura de Materiales y la Universidad de Posgrado de Estudios Avanzados (Japón) unieron fuerzas para estudiar la estructura magnética de los superconductores a base de hierro en el Institut Laue-Langevin (ILL) con el fin de profundizar su comprensión de los materiales cuánticos.

En el centro insignia del mundo para la ciencia de neutrones, El equipo de investigación utilizó el difractómetro D20 para realizar un experimento de difracción de neutrones con el fin de estudiar la estructura magnética de ₁₅₄ SmFeAsO _{1 x} D _X . D20 tiene una amplia gama de aplicaciones desde termodifractometría, magnetismo y cinética a multiestroboscopia, textura, muestras muy absorbentes, sistemas desordenados y fisisorción. Como difractómetro de 2 ejes de muy alta intensidad equipado con un gran detector sensible a la posición, D20 proporciona a los científicos información de resolución media a alta sobre muestras muy pequeñas, proporcionando valores muy precisos para la estructura atómica y / o magnética del material. D20 se puede aplicar para estudiar sólidos cristalinos, líquidos o materiales amorfos y sus interacciones con gases.

D20 permite a los científicos realizar experimentos reproducibles con una medición de rutina perfecta. Su potente haz de neutrones permite la observación del patrón de difracción de cualquier muestra de materia condensada. Se mostrará un material con un orden magnético, en un experimento de difracción de neutrones, un patrón de difracción para su estructura nuclear (disposición de átomos) y estructura magnética (la disposición de momentos magnéticos transportados por algunos de sus átomos).

En el estudio, los investigadores sintetizaron muestras de SmFeAsO1-xHx con diferentes variables x a 1573 K (1300 C) y 5 GPa. También prepararon muestras isotópicamente sustituidas. ₁₅₄ SmFeAsO _1-x D _X para reducir la gran absorbancia de neutrones de Sm natural.

Después de realizar el experimento de difracción de neutrones para obtener patrones de difracción de cada muestra, los científicos descubrieron una nueva fase antiferromagnética (AFM2) en el régimen de electrones sobredopado de ₁₅₄ SmFeAsO _1-x D _X muestras con x ≥ 0,56, con un momento magnético particularmente alto en los sitios de hierro. El momento magnético en Fe en AFM2 alcanza 2,73 µb / Fe, que es el más grande de todos los antiferromagnetos no dopados a base de hierro reportados hasta ahora. Los cálculos teóricos revelan que esto se debe a la frustración cinética.

Antes de esto, Se ha considerado que el dopaje de electrones pesado reduce la fuerza de correlación de electrones. Sin embargo, en este estudio, El dopaje de electrones pesado a través de medios indirectos mejora la fuerza de correlación de electrones, dando una nueva perspectiva sobre las propiedades del material superconductor de alta temperatura. Esto será importante para el futuro de la adaptación del dopaje dentro de estos superconductores para aumentar las aplicaciones en el campo.