Buscando superconductividad de alta temperatura en compuestos de cromo

Desde 1986 y durante 22 años, los cupratos fueron los únicos superconductores de alta temperatura. Los compuestos padre de los cupratos tienen un electrón por cobre y son aislantes. La superconductividad aparece al añadir o quitar electrones. Una segunda familia de superconductores de alta temperatura, basada en hierro, se descubrió en 2008. En ambos compuestos la superconductividad aparece al suprimir una fase antiferromagnética, lo que desde el principio se vio como un nexo entre los dos tipos de superconductores de alta temperatura. Lo que estaba menos claro era que hubiera semejanza en las correlaciones electrónicas de estos sistemas. Recientemente se ha visto que sí existen unas tendencias comunes en la dependencia de estas correlaciones con el llenado electrónico. Dentro de este escenario los materiales de hierro se identificarían con cupratos dopados con electrones.

En este trabajo hemos propuesto buscar superconductividad en compuestos de cromo que se identificarían, de una forma similar, con los cupratos dopados con huecos. Para llegar a esta conclusión hemos estudiado de forma teórica la evolución de las correlaciones electrónicas en función de la densidad de electrones. Para ello hemos usado modelos multibanda para aproximar la estructura electrónica ab-initio de los compuestos de hierro y de cromo. En estos materiales los modelos incluyen los cinco orbitales d del Fe/Cr. En el paralelismo con los cupratos, los compuestos padre tendrían cinco electrones por sitio, mientras que los compuestos de hierro tienen seis (están dopados con electrones) y los de cromo 4 electrones por sitio (dopados con huecos). La región del diagrama de fase correspondiente a dopar con huecos (menos de 5 electrones por sitio) se ha explorado muy poco hasta ahora. A ambos lados del diagrama de fase observamos correlaciones similares y tendencias antiferromagnéticas lo que nos lleva a pensar que los compuestos de cromo podrían ser también superconductores. Nuestros cálculos sugieren que el orden antiferromagnético dominante es diferente al encontrado en los superconductores de hierro pero igual al de los cupratos. Asimismo esperamos que el parámetro de orden superconductor tenga simetría d.

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“Strong correlations and the search for high-Tc superconductivity in chromium pnictides and chalcogenides”
J.M. Pizarro, M.J. Calderón, J. Liu, M.C. Muñoz, E. Bascones.

Group of Theory of Quantum Materials and Solid State Quantum Technologies, ICMM-CSIC