Une équipe internationale de chercheurs a identifié et prouvé que l'ajout d'impuretés à plus faible concentration d'électrons stabilise l'état antiferromagnétique des cuprates, composés supraconducteurs à haute température à base de cuivre. L'équipe de recherche, dirigé par un chercheur principal à l'Université fédérale de l'Oural, Evgeny Stepanov, a publié les résultats de l'étude dans Matériaux quantiques npj .

"Nous étudions les effets électroniques collectifs dans divers matériaux, en particulier dans ceux qui se caractérisent par une interaction électron-électron assez forte, " dit Evgeny. " Cette interaction conduit à des effets tels que l'ordre des charges, magnétisme, état supraconducteur et autres. Dans cet article, nous avons étudié comment les propriétés des cuprates changent lorsque des impuretés sont ajoutées au système pour réduire la concentration d'électrons dans le matériau. D'habitude, un tel processus est appelé dopage des trous, et l'absence d'électron s'appelle un trou."

On sait que les cuprates sont des antiferromagnétiques à l'état normal. En cas de dopage, le changement des propriétés magnétiques de divers cuprates peut se produire dans deux scénarios :soit l'antiferromagnétisme est détruit et passe dans un état antiferromagnétique incliné, ou les trous commencent à former leur propre état magnétique, qui se caractérise par un certain nombre d'onde.

"Dans le composé qui a été étudié, nous avons assisté au deuxième scénario, dans lequel l'antiferromagnétisme est stabilisé grâce à de fortes interactions électroniques. Les trous forment leur état magnétique, qui laisse l'état antiferromagnétique inchangé augmentant avec le dopage, " explique Evgeny Stepanov. " Ce qui est important, c'est que ce processus se déroule dans une large gamme de concentrations d'électrons. Cela permet à l'état antiferromagnétique d'être en résonance à une certaine énergie. On ne sait toujours pas avec certitude quel mécanisme physique conduit exactement à l'apparition de la supraconductivité dans ces matériaux. Puisque nous ne sommes pas le seul groupe à étudier ces matériaux, il existe une théorie selon laquelle c'est cet antiferromagnétique résonnant qui est responsable de l'état supraconducteur dans les cuprates."

La supraconductivité est la propriété des matériaux d'avoir une résistance électrique nulle. Dans cet état, les électrons peuvent se déplacer librement dans un matériau, transférer une charge électrique. D'habitude, l'état supraconducteur est réalisé à une température suffisamment basse de plusieurs dizaines de degrés sur l'échelle Kelvin et/ou à haute pression. Donc à température ambiante, l'état supraconducteur ne peut pas encore être obtenu.

D'un point de vue expérimental, les cuprates ont déjà été bien étudiés. Théoriquement, il est assez difficile de comprendre ce qui se passe dans ces matériaux sous l'action du dopage des trous et pourquoi ils présentent de telles propriétés. "La raison en est une très forte interaction électron-électron, qui ne permet pas l'utilisation de méthodes théoriques standard pour décrire les propriétés électroniques de tels matériaux, " a déclaré le scientifique. "Notre tâche est d'utiliser les méthodes les plus avancées que nous avons développées, essayez d'expliquer théoriquement la présence d'un état antiferromagnétique résonnant et voyez ce qui arrive à cet état lors du dopage."

Ainsi, les résultats obtenus par les auteurs permettent de déterminer quel mécanisme physique stabilise l'état antiferromagnétique résonant, qui est peut-être responsable de la supraconductivité à haute température dans les cuprates.