Uma equipe internacional de pesquisadores identificou e provou que adicionar impurezas com menor concentração de elétrons estabiliza o estado antiferromagnético dos cupratos, compostos supercondutores de alta temperatura à base de cobre. A equipe de pesquisa, liderado por um membro sênior da Universidade Federal de Ural, Evgeny Stepanov, publicou os resultados do estudo em npj Quantum Materials .

“Estudamos efeitos eletrônicos coletivos em vários materiais, especialmente naqueles que são caracterizados por uma interação elétron-elétron bastante forte, "diz Evgeny." Essa interação leva a efeitos como ordem de carga, magnetismo, estado supercondutor e outros. Neste artigo, investigamos como as propriedades dos cupratos mudam quando impurezas são adicionadas ao sistema para reduzir a concentração de elétrons no material. Usualmente, tal processo é chamado de dopagem de buraco, e a ausência de um elétron é chamada de buraco. "

Sabe-se que os cupratos são antiferromagnetos no estado normal. Após o doping, a mudança nas propriedades magnéticas de vários cupratos pode ocorrer em dois cenários:ou o antiferromagnetismo é destruído e entra em um estado antiferromagnético inclinado, ou buracos começam a formar seu próprio estado magnético, que é caracterizado por um certo número de onda.

"No complexo que foi estudado, testemunhamos o segundo cenário, em que o antiferromagnetismo é estabilizado devido a fortes interações eletrônicas. Os buracos formam seu estado magnético, que deixa o estado antiferromagnético inalterado aumentando com o doping, "explica Evgeny Stepanov." O importante é que esse processo ocorre em uma ampla gama de concentrações de elétrons. Isso permite que o estado antiferromagnético esteja em ressonância com uma determinada energia. Ainda não se sabe ao certo qual mecanismo físico leva exatamente ao aparecimento da supercondutividade nesses materiais. Uma vez que não somos o único grupo estudando esses materiais, existe uma teoria de que é esse antiferromagnético ressonante o responsável pelo estado supercondutor em cupratos. "

Supercondutividade é a propriedade dos materiais de ter resistência elétrica zero. Neste estado, elétrons podem se mover livremente dentro de um material, transferindo uma carga elétrica. Usualmente, o estado supercondutor é realizado a uma temperatura suficientemente baixa de várias dezenas de graus na escala Kelvin e / ou a alta pressão. Então, em temperatura ambiente, o estado supercondutor ainda não pode ser obtido.

Do ponto de vista experimental, cupratos já foram bem estudados. Teoricamente, é muito difícil entender o que acontece nesses materiais sob a ação de dopagem de orifícios e por que apresentam tais propriedades. "O motivo é uma interação elétron-elétron muito forte, que não permite o uso de métodos teóricos padrão para descrever propriedades eletrônicas em tais materiais, "disse o cientista." Nossa tarefa é usar os métodos mais avançados que desenvolvemos, tentar explicar teoricamente a presença de um estado antiferromagnético ressonante e ver o que acontece com esse estado após o doping. "

Assim, os resultados obtidos pelos autores permitem determinar qual mecanismo físico estabiliza o estado antiferromagnético ressonante, que é possivelmente responsável pela supercondutividade de alta temperatura em cupratos.