Maximizando a temperatura crítica supercondutora (Maximizing superconducting critical temperature)

Uma equipe internacional de pesquisadores, liderada pelo professor Kosmas Prassides da Universidade de Tohoku, investigou as propriedades eletrônicas da família de supercondutores não convencionais com base em fulerenos que têm a mais alta temperatura crítica (T_c) supercondutora conhecida entre supercondutores moleculares.

A equipe demonstrou a influência orientadora da estrutura eletrônica molecular no controle da supercondutividade e alcançou a máxima T_c, abrindo o caminho para novas rotas na busca de novos supercondutores moleculares com propriedades melhoradas.

Atualmente, metais convencionais são utilizados para a transmissão de energia elétrica, mas a energia é perdida na forma de calor devido à resistência. Em contraste, os supercondutores não têm resistência elétrica e pode transportar eletricidade sem perder energia.

Infelizmente, materiais supercondutores só funcionam a baixas temperaturas, o que provocou a busca de novos materiais que podem trabalhar à temperatura ambiente ou superior. A maioria dos supercondutores têm estruturas simples. Mas, recentemente, os supercondutores feitos de moléculas dispostas em estruturas sólidas regulares foram encontrados.

A equipe de pesquisa tem abordado pela primeira vez a relação entre o parente isolante, o estado metálico normal acima da T_c e o mecanismo de emparelhamento supercondutor de uma nova família de materiais de fulereno quimicamente pressurizadas. Esta é uma questão chave para entender todos os supercondutores não convencionais, incluindo os cupratos de alta T_c, os pnictídeos de ferro e os sistemas de férmions pesados.

Seu trabalho apresentou um novo estado da matéria - o metal Jahn-Teller - e mostrou que, quando o equilíbrio entre as características moleculares e da rede estendidas dos elétrons no nível de Fermi é otimizado, a temperatura mais alta possível para o início da supercondutividade é atingida.

Como a química sintética permite a criação de novas estruturas eletrônicas moleculares distintas daquelas nos átomos e íons que dominam os supercondutores mais conhecidos, existe agora uma forte motivação para procurar novos materiais supercondutores moleculares.

Fonte1: http://www.asianscientist.com/2015/05/in-the-lab/maximizing-superconducting-critical-temperature/

Fonte2: http://advances.sciencemag.org/content/1/3/e1500059

Descoberto novo supercondutor orgânico a altas pressões (a single-component molecular superconductor)

O sistema usado para induzir a supercondutividade numa molécula orgânica. Crédito: © 2014 American Chemical Society

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

Fonte: http://phys.org/news/2014-07-solitary-superconductor-emerges-pressure.html