Supercondutores à base de ferro contêm camadas de ferro e um pnictogênio - como arsênio ou fósforo - ou um calcogênio, como oxigênio ou selênio. Anteriormente descartados como candidatos fracos para supercondutividade, supercondutores à base de ferro pegaram a comunidade científica de surpresa quando foi descoberto que a nova família de arsenieto de ferro tinha temperaturas de transição muito altas. Desde então, esses supercondutores de alta temperatura se tornaram um tópico quente de pesquisa, com nêutrons e múons desempenhando um papel essencial na investigação de suas propriedades incomuns, para ajudar a física quântica a desenvolver uma teoria por trás de materiais supercondutores de alta temperatura.

Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio, Universidade Ibaraki, o Institute of Materials Structure Science e a Graduate University of Advanced Studies (Japão) uniram forças para estudar a estrutura magnética dos supercondutores à base de ferro no Institut Laue-Langevin (ILL), a fim de aprofundar sua compreensão dos materiais quânticos.

No principal centro mundial da ciência de nêutrons, a equipe de pesquisa usou o difratômetro D20 para conduzir um experimento de difração de nêutrons a fim de estudar a estrutura magnética de ₁₅₄ SmFeAsO _{1 x} D _x . D20 tem uma ampla gama de aplicações de termodifratometria, magnetismo e cinética para multiestroboscopia, textura, amostras altamente absorventes, sistemas desordenados e fisissorção. Como um difratômetro de 2 eixos de alta intensidade equipado com um grande detector sensível à posição, O D20 fornece aos cientistas informações de média a alta resolução em amostras muito pequenas, fornecer valores muito precisos para a estrutura atômica e / ou magnética do material. D20 pode ser aplicado para estudar sólidos cristalinos, líquidos ou materiais amorfos e suas interações com gases.

O D20 permite que os cientistas conduzam experimentos reproduzíveis com uma medição de rotina perfeita. Seu poderoso feixe de nêutrons permite a observação do padrão de difração de qualquer amostra de matéria condensada. Um material com uma ordem magnética será exibido, em um experimento de difração de nêutrons, um padrão de difração para sua estrutura nuclear (arranjo de átomos) e estrutura magnética (arranjo de momentos magnéticos carregados por alguns de seus átomos).

No estudo, os pesquisadores sintetizaram amostras de SmFeAsO1-xHx com diferentes variáveis ​​x em 1573 K (1300 C) e 5 GPa. Eles também prepararam amostras isotopicamente substituídas ₁₅₄ SmFeAsO _1-x D _x a fim de reduzir a grande absorção de nêutrons de Sm natural.

Depois de conduzir o experimento de difração de nêutrons para obter padrões de difração de cada amostra, os cientistas descobriram uma nova fase antiferromagnética (AFM2) no regime de superdopagem de elétrons de ₁₅₄ SmFeAsO _1-x D _x amostras com x ≥ 0,56, apresentando um momento magnético particularmente alto nas áreas de ferro. O momento magnético em Fe em AFM2 atinge 2,73 µb / Fe, que é o maior em todos os antiferromagnetos à base de ferro não dopados relatados até agora. Os cálculos teóricos revelam que isso se deve à frustração cinética.

Antes disso, O doping eletrônico pesado foi considerado para reduzir a força de correlação eletrônica. Contudo, neste estudo, dopagem de elétrons pesados ​​por meios indiretos aumenta a força de correlação de elétrons, produzindo uma nova perspectiva sobre as propriedades do material supercondutor de alta temperatura. Isso será importante para o futuro da adaptação de dopagem dentro desses supercondutores para aumentar as aplicações no campo.