Materiais Avançados

Novo estado da matéria pode levar a novos supercondutores

Novo estado da matéria pode levar a novos supercondutores
Ilustração da rede de césio e fulerenos, mostrando as grandes moléculas C60 (buckyballs) e os átomos de césio (esferas azuis sólidas).[Imagem: Prassides Kosmas]

Efeito Jahn-Telle

Um novo tipo de estado metálico da matéria foi descoberto por uma equipe internacional de pesquisadores que estavam estudando um supercondutor feito com moléculas de carbono 60, fulerenos mais conhecidos como buckyballs.

A equipe descobriu o novo estado depois de alterar a distância entre as moléculas de C60 adjacentes enfiando átomos de rubídio entre elas.

A análise do material revelou uma rica combinação de fases isolante, magnética, metálica e, mais interessante ainda, supercondutora - incluindo o estado até então desconhecido, que foi batizado de "metal de Jahn-Teller".

O efeito Jahn-Teller (descrito por Hermann Arthur Jahn e Edward Teller) é caracterizado pela deformação da geometria da rede cristalina de um material quando estados orbitais das moléculas se subdividem para reduzir a energia do sistema.

Metal de Jahn-Teller

A baixa pressão, o material estudado pela equipe é um isolante, quando então o estado eletrônico das moléculas é distorcido pelo efeito Jahn-Teller. Conforme a pressão é aplicada através da adição de rubídio, os estados eletrônicos das moléculas começam a se sobrepor, e o material sofre uma "transição de Mott" para se tornar um metal simples.

É no meio dessa transição isolante-metal que apareceu o estado intermediário nunca antes visto, que é marcado por uma alteração no formato das moléculas de C60, que se tornam alongadas.

E este é um ponto fundamental para a compreensão da supercondutividade, porque é a fase metálica que se torna supercondutora quando o material é levado abaixo de uma temperatura crítica.

Entendendo a supercondutividade

O estudo fornece pistas importantes sobre como a interação entre a estrutura eletrônica das moléculas e seu espaçamento dentro da rede cristalina do material pode fortalecer as interações entre os elétrons que causam a supercondutividade.

Os supercondutores são um grupo grande e diversificado de materiais que oferecem resistência zero à passagem das correntes elétricas quando resfriados abaixo de uma temperatura crítica. Embora a supercondutividade envolva elétrons que formam pares, chamados pares de Cooper, o mecanismo pelo qual isto ocorre não é totalmente compreendido em todos os tipos de supercondutores - especialmente nos supercondutores considerados de "alta temperatura".

A expectativa é que o conhecimento dessa nova fase possa resultar no desenvolvimento de novos materiais moleculares que se tornem supercondutores a temperaturas mais elevadas.

Bibliografia:

Optimized unconventional superconductivity in a molecular Jahn-Teller metal
Ruth H. Zadik, Yasuhiro Takabayashi, Gyöngyi Klupp, Ross H. Colman, Alexey Y. Ganin, Anton Potocnik, Peter Jeglic, Denis Arcon, Péter Matus, Katalin Kamarás, Yuichi Kasahara, Yoshihiro Iwasa, Andrew N. Fitch, Yasuo Ohishi, Gaston Garbarino, Kenichi Kato, Matthew J. Rosseinsky, Kosmas Prassides
Science Advances
Vol.: 1 no. 3 e1500059
DOI: 10.1126/sciadv.1500059




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