Três décadas atrás, os pesquisadores
descobriram que certas moléculas orgânicas tornam-se supercondutoras a baixas
temperaturas. Essa descoberta provocou inúmeras investigações sobre as
propriedades destes materiais. Apesar dos importantes progressos recentes, os
químicos permanecem intrigados com um aspecto: todos os supercondutores
moleculares conhecidos precisam da ação cooperativa de duas ou mais espécies
moleculares diferentes para mover elétrons sem resistência. Recentemente, porém,
pesquisadores descobriram o primeiro supercondutor molecular contendo apenas um
componente.
Cristais orgânicos supercondutores são
projetados em torno do princípio da transferência de carga, onde fortes
interações entre grupos 'doadores' e 'receptores' movem elétrons através de
ligações de carbono normalmente isolante. Submetendo o sistema de transferência
de carga a altas pressões, é possível anular a resistência elétrica em temperaturas
próximas do zero absoluto.
Os supercondutores moleculares contendo
grupos doadores e receptores de elétrons são normalmente compostos iônicos
individuais. No entanto, a equipe de Kobayashi liderou recentemente
investigações sobre complexos de metal-ditiolato que contêm um sistema de
transferência de carga completa em uma única molécula. Estes cristais, em que
um átomo central de ouro ou níquel é flanqueado em ambos os lados por anéis
aromáticos doadores, possuem alta condutividade intrínseca e exibem
comportamento metálico a temperaturas baixas.
Depois de explorar inúmeros
derivados sintéticos de ditiolato-metal, eles encontraram um composto
promissor, nickel bis (trifluoromethyl) tetrathiafulvalenedithiolate
(Ni(hfdt)2). Esta molécula com grupos terminais fluorados
volumosos em seus anéis desencadeiam empilhamento de camada em duas dimensões, um
arranjo cristalino altamente favorável para a condutividade.
Depois de manipular cuidadosamente cristais
feitos sob medida, a equipe mediu seu comportamento elétrico em função da
pressão e temperatura. A uma pressão de 8.1 gigapascais, eles descobriram que a
resistividade cai abruptamente a zero, a uma temperatura de 5,5 Kelvin.
Cálculos teóricos confirmaram os dados experimentais, revelando o ponto crítico
em que a pressão converte o Ni(hfdt)2 de isolante para
supercondutor.
“Este composto simples, não
só tem o potencial de trazer avanços em dispositivos orgânicos de estado sólido,
mas também irá ajudar na concepção de novos sistemas supercondutores”, diz Cui.
Mais informações (clique aqui): Cui, HB, Kobayashi, H., Ishibashi, S., Sasa, M., Iwase, F., Kato, R. & Kobayashi, A.A. Single-Component Molecular Superconductor. Journal of the American Chemical Society 136, 7619-7622 (2014). DOI: 10.1021/ja503690m
