Há algo além de elétrons na condução da eletricidade? (Is there anything besides electrons in the electrical conductivity?)

Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2013

Fonte:http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=eletrons-nao-suficientes-explicar-supercondutores&id=010115130422&ebol=sim

Elétrons não são suficientes para explicar supercondutores

As regras da condução elétrica não se aplicam aos supercondutores, materiais onde a eletricidade flui livremente, sem qualquer resistência. [Imagem: Philip Phillips]

A corrente elétrica tem sido explicada como um fluxo de elétrons correndo através de um material. Mas parece que esta pode não ser a história toda, pelo menos quando se chega ao limite da condutividade.

“A história da condução elétrica nos metais é contada inteiramente em termos de elétrons. Os supercondutores mostram que há algo completamente novo a ser compreendido, além daquilo que os elétrons estão fazendo,” afirma o Dr. Philip Phillips, da Universidade de Illinois.

Phillips e seus colegas mostraram que as regras dos livros-texto não se aplicam aos supercondutores, materiais onde a eletricidade flui livremente, sem qualquer resistência. Eles estudaram um tipo de material supercondutor conhecido como cuprato, essencialmente uma cerâmica à base de cobre.

Na física, o Teorema de Luttinger estabelece que o número de elétrons em um material é igual à soma dos elétrons em todos os seus átomos. Embora tenha-se mostrado válido para metais e semicondutores, o teorema falhou quando os pesquisadores estudaram os cupratos a fundo: em determinadas energias, a eletricidade que flui pelo supercondutor não pode ser explicada pela soma dos elétrons dos seus átomos.

“Este resultado está nos dizendo que a física [da condução elétrica] não pode ser descrita somente pelos elétrons," disse Phillips. "Isso significa que os cupratos são ainda mais estranhos do que se pensava: alguma outra coisa, diferente dos elétrons, está transportando a corrente.”

Agora, os pesquisadores estão explorando possíveis candidatos para as portadoras de carga adicionais, particularmente um novo tipo de excitação conhecida como unparticles (não-partículas). Estas partículas virtuais muito estranhas - não é à toa que elas são chamadas de "não-partículas" - também estão sendo propostas para explicar uma elusiva Quinta Força Fundamental da natureza.

Bibliografia:

Absence of Luttinger’s Theorem due to Zeros in the Single-Particle Green Function. Kiaran B. Dave, Philip W. Phillips, Charles L. Kane, Physical Review Letters, Vol.: 110, 090403

DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.090403

Fonte:http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=eletrons-nao-suficientes-explicar-supercondutores&id=010115130422&ebol=sim

Homenagem do Espaço Ciência à Heike Kamerlingh Onnes (tribute to Onnes)

         Abaixo segue uma homenagem do Espaço Ciência a Heike Kamerlingh Onnes. A homenagem foi idealizada pelo professor Antonio Carlos Pavão, do Departamento de Química Fundamental da UFPE. As imagens abaixo mostram Onnes dentro de uma geladeira repousando num travesseiro com uma garrafa de hélio líquido em seu lado. O seu nome aparece em destaque no calção em estilo tropical.

         Essa imagem encontra-se disponível no Espaço Ciência em Pernambuco, no projeto denominado Casa Laboratório. Os créditos da caricatura seguem no final do post.

Créditos

Concepção: Antonio Carlos Pavão

Desenho: Thiago Losant

Artigos + Citados de Pesquisadores Brasileiros (papers most cited of brazilian researchers)

Abaixo segue uma lista dos artigos mais citados da literatura de pesquisadores nacionais que desenvolvem trabalhos com a supercondutividade. A pesquisa foi feita analisando o currículo Lattes de vários nomes de referência no Brasil. O currículo Lattes disponibiliza um recurso em que é possível ordenar os artigos publicados por número de citações em três bases distintas: Web of Science, Scopus e Scielo. A sequência de artigos mostrada abaixo e o número de citações de cada um deles foi obtido verificando prioritariamente os dados do Web of Science. Destacado(s) em vermelho está(ão) o(s) nome(s) do(s) pesquisador(es) brasileiro(s) de cada trabalho. Nos artigos em que só há autores nacionais, todos os nomes aparecem em preto.

O número de citações que é mostrado na lista contém dados das bases Web of Science e Scielo, respectivamente. É preciso levar em conta que a pesquisa foi feita no dia 27/03/2013, logo, estes dados precisam ser atualizados constantemente. Portanto, os índices abaixo não são definitivos. Há também uma dependência direta com a atualização feita pelos próprios pesquisadores brasileiros em seus respectivos currículos Lattes. Mesmo assim, os dados servem como referência de um modo geral.

1º) CAMPBELL, L. J.; DORIA, M. M.; KOGAN, V. G. Vortex Lattice Structure in Uniaxial Superconductors. Physical Review B - Solid State, v. 38, p. 2439, 1988.

Citações: 272|117

2º)  EKIN, J. W.; BRAGINSKI, A. I.; PANSON, A. J.; JANOCKO, M. A.; CAPONE, D. W.; ZALUZEC, N.; FLANDERMEYER, B.; de LIMA OF; HONG, M.; KWO, J.; LIOU, S. H. Evidence For Anisotropy Limitation On The Transport Critical Current In Polycristalline YBa₂Cu₃O₇. Journal of Applied Physics, v. 62, p. 4821-4827, 1987.

Citações: 250|39

3º)  VONDEL, J. Van de; DE SOUZA SILVA, C. C.; ZHU, B. Y.; MORELLE, M.; MOSHCHALKOV, V. V. Vortex-Rectification Effects in Films with Periodic Asymmetric Pinning. Physical Review Letters, Estados Unidos, v. 94, n.057003, p. 1-4, 2005.

Citações: 116|9

4º)  KÜMMEL, R.; GUNSENHEIMER, U.; NICOLSKY, R. Andreev Scattering Of Quasiparticle Wave Packets And Current-Voltage Characteristics Of Superconducting Metallic Weak Links. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, Estados Unidos, v. 42, p. 3992-4009, 1990.

Citações: 111|58

5º)  de LIMA OF; RIBEIRO, R. A.; AVILA, M. A.; CARDOSO, C. A.; COELHO, A. A. Anisotropic superconducting properties of aligned MgB₂ crystallites. Physical Review Letters, v. 86, p. 5974-5977, 2001.

Citações: 110|114

6º)  GRANATO, ENZO; KOSTERLITZ, J. M. Quenched disorder in Josephson-junction arrays in a transverse magnetic field. Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics, v. 33, n.9, p. 6533-6536, 1986.

Citações: 93|50

7º)  PUREUR, P.; COSTA, R. M.; SCHAF, J.; RODRIGUES, P.; KUNZLER, J. V. Critical and Gaussian Conductivity Fluctuations in YBCO. Physical Review. B. Solid State. (Cessou em 1978. Cont. 1098-0121 Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics), New York, v. 47, p. 11420-11423, 1993.

Citações: 90

8º)  PROZOROV, R.; GIANNETTA, R.; CARRINGTON, A.; ARAUJO-MOREIRA, F. Meissner-London state in superconductors of rectangular cross section in a perpendicular magnetic field. Physical Review. B, Condensed Matter. (Cessou 1997. Cont. 1098-0121 Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics), v. 62, p. 115-118, 2000.

Citações: 84|85

9º)  DORIA, M. M.; GUBERNATIS, J. E.; RAINER, D. Viriral Theorem for Ginzburg-Landau Theories with Potential Applications to Numerical Studies of Type II Superconductors. Physical Review B - Solid State, v. 39, p. 9573, 1989.

Citações: 84|60

10º)  CARDOSO, C. A.; ARAUJO-MOREIRA, F. M.; AWANA, V. P. S.; E. TAKAYAMA-MUROMACHI; de LIMA OF; H. YAMAUCHI; M. KARPPINEN Spin Glass Behavior in RuSr₂Gd_1.5Ce_0.5Cu₂O₁₀. Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics, v. 67, n.020407, p. 020407, 2003.

Citações: 74

11º)  DORIA, M. M.; GUBERNATIS, J. E.; RAINER, D. Soving the Ginzburg-Landau Equations by Simulated Annealing. Physical Review B - Solid State, v. 41, p. 6335, 1990.

Citações: 73|44

12º)  Aczel, A.; Baggio-Saitovitch, E.; Budko, S.; Canfield, P.; Carlo, J.; Chen, G.; Dai, Pengcheng; Goko, T.; Hu, W.; Luke, G.; Luo, J.; Ni, N.; Sanchez-Candela, D.; Tafti, F.; Wang, N.; Williams, T.; Yu, W.; Uemura, Y. Muon-spin-relaxation studies of magnetic order and superfluid density in antiferromagnetic NdFeAsO, BaFe₂As₂, and superconducting Ba_1-xK_xFe₂As₂. Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics, v. 78, p. 214503, 2008.

Citações: 63

13º)  Baelus, B.; Cabral, L.; Peeters, F. Vortex shells in mesoscopic superconducting disks. Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics, Estados Unidos, v. 69, n.064506, p. 064506, 2004.

Citações: 61|61

14º)  Goko, T.; Aczel, A.; Baggio-Saitovitch, E.; Budko, S.; Canfield, P.; Carlo, J.; Chen, G.; Dai, Pengcheng; Hamann, A.; Hu, W.; Kageyama, H.; Luke, G.; Luo, J.; Nachumi, B.; Ni, N.; Reznik, D.; Sanchez-Candela, D.; Savici, A.; Sikes, K.; Wang, N.; Wiebe, C.; Williams, T.; Yamamoto, T.; Yu, W.; Uemura, Y. Superconducting state coexisting with a phase-separated static magnetic order in (Ba,K)Fe₂As₂, (Sr,Na)Fe₂As₂, and CaFe₂As₂. Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics, v. 80, p. 024508, 2009.

Citações: 58

15º)  JURELO, A. R.; CASTILLO, I. A.; ROJAS, J. R.; FERREIRA, L. M.; GHIVELDER, L.; PUREUR, P.; R JUNIOR, P. Coherence transition in granular high temperature superconductors. Physica C, Amsterdam, v. 311, p. 133-139, 1999.

Citações: 59|58

16º)  EARLY, E. A.; ALMASAN, C. C.; JARDIM, R. F.; MAPLE, M. B. Double resistive superconducting transition in Sm_2-xCe_xCuO4. Physical Review. B, Condensed Matter. (Cessou 1997. Cont. 1098-0121 Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics), v. 47, p. 433-441, 1993.

Citações: 48|31

17º)  Cabral, L.; Baelus, B.; Peeters, F. From vortex molecules to the Abrikosov lattice in thin mesoscopic superconducting disks. Physical Review. B, Condensed Matter and Materials Physics, Estados Unidos, v. 70, n.144523, p. 144523, 2004.

Citações: 46|47

18º)  DORIA, M. M.; SATIJA, I. I. Quasiperiodicity And Long Ranse Order In A Magnetic System. Physical Review Letters, v. 60, p. 444, 1988.

Citações: 46|14

19º)  BALACHANDRAN, U.; SHI, D.; D. I. dos SANTOS; GRAHAN, S. A.; PATEL, M. T.; TANI, B.; VANDERVOORT, K.; CLAUSS, H.; POEPPEL, R. B. 120 K Superconductivity in the (Bi,Pb)-Sr-Ca-Cu-O System. Physica. C, Superconductivity, EUA, v. 156, n.4, p. 649-651, 1988.

Citações: 46|5

Artigos mais citados da literatura (papers most cited in the literature)

Pesquisa realizada no site Web of Science em 21/03/2013, usando os seguintes termos: superconducting, superconductivity, superconductors, vortices. Estes são os artigos mais citados da literatura, segundo o mecanismo de busca Web of Science. Todos os trabalhos mostrados abaixo possuem acima de 1000 citações. Naturalmente, esses números variam com o tempo e uma atualização constante é necessária. Curiosamente, o artigo mais citado da literatura na área da supercondutividade é o de BEDNORZ e MULLER, trabalho este que lhes rendeu o prêmio Nobel de Física em 1987 pela descoberta dos high-T_C. O segundo trabalho mais citado é o da teoria BCS. Este também rendeu o premio Nobel de Física aos seus autores em 1972. Observando a lista completa, é possível notar algumas coisas bem interessantes e curiosas. Veja você mesmo!

1) BEDNORZ, JG; MULLER, KA, Possible High-Tc Superconductivity in the Ba-La-Cu-O System.  ZEITSCHRIFT FUR PHYSIK B - CONDENSED MATTER, 64, 2, 189-193 (1986). DOI: 10.1007/BF01303701

Citado: 8,423 vezes

2) BARDEEN, J; COOPER, LN; SCHRIEFFER, JR, Theory of Superconductivity. PHYSICAL REVIEW, 108, 5, 1175-1204 (1957). DOI: 10.1103/PhysRev.108.1175

Citado: 6,321 vezes

3) ANDERSON, PW, The Resonating Valence Bond State in La2CuO4 and Superconductivity. SCIENCE, 235, 4793, 1196-1198 (1987). DOI:10.1126/science.235.4793.1196

Citado: 5,133 vezes

4) WU, MK; ASHBURN, JR; TORNG, CJ; et al., Superconductivity At 93-K in a new Mixed-Phase Y-Ba-Cu-O Compound System at Ambient Pressure. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 58, 9, 908-910 (1987). DOI: 10.1103/PhysRevLett.58.908

Citado: 4,732 vezes

5) BLATTER, G; FEIGELMAN, MV; GESHKENBEIN, VB; et al., Vortices in High-Temperature Superconductors. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 66, 4, 1125-1388 (1994). DOI: 10.1103/RevModPhys.66.1125

Citado: 3,735 vezes

6) Nagamatsu, J; Nakagawa, N; Muranaka, T; et al., Superconductivity at 39 K in Magnesium Diboride. NATURE, 410, 6824, 63-64 (2001). DOI: 10.1038/35065039

Citado: 3,575 vezes

7) NAMBU, Y; JONALASINIO, G, Dynamical Model of Elementary Particles Based on an Analogy With Superconductivity .1. PHYSICAL REVIEW, 122, 1, 345-358 (1961). DOI: 10.1103/PhysRev.122.345

Citado: 3,423 vezes

8) Kamihara, Yoichi; Watanabe, Takumi; Hirano, Masahiro; et al. Iron-Based Layered Superconductor La[O_1-XF_x]FeAs (X=0.05-0.12) with Tc=26 K, JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, 130, 11, 3296 (2008). DOI: 10.1021/ja800073m

Citado: 3,239 vezes

9) Castro Neto, A. H.; Guinea, F.; Peres, N. M. R.; et al., The Electronic Properties of Graphene. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 81, 1, 109-162 (2009). DOI: 10.1103/RevModPhys.81.109

Citado: 3,141 vezes 

10) MCMILLAN, WL, Transition Temperature of Strong-Coupled Superconductors. PHYSICAL REVIEW, 167, 2, 331-& (1968). DOI: 10.1103/PhysRev.167.331

Citado: 3,088 vezes

11) BEAN, CP, Magnetization of Hard Superconductors. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 8, 6, 250-& (1962).  DOI: 10.1103/PhysRevLett.8.250

Citado: 2,780 vezes

12) BEAN, CP, Magnetization of High-Field Superconductors. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 36, 1P1, 31-& (1964).  DOI: 10.1103/RevModPhys.36.31

Citado: 2,779 vezes

13) Imada, M; Fujimori, A; Tokura, Y, Metal-Insulator Transitions. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 70, 4, 1039-1263 (1998).  DOI: 10.1103/RevModPhys.70.1039

Citado: 2,585 vezes

14) MAEDA, H; TANAKA, Y; FUKUTOMI, M; et al., A New High-Tc Oxide Superconductor Without a Rare-Earth Element. JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS PART 2-LETTERS, 27, 2, L209-L210 (1988).  DOI: 10.1143/JJAP.27.L209

Citado: 2,448 vezes

15) ZHANG, FC; RICE, TM, Effective Hamiltonian for the Superconducting Cu Oxides. PHYSICAL REVIEW B, 37, 7, 3759-3761 (1988). DOI: 10.1103/PhysRevB.37.3759

Citado: 2,313 vezes

16) HEBARD, AF; ROSSEINSKY, MJ; HADDON, RC; et al., Superconductivity at 18-K in Potassium-Doped C-60. NATURE, 350, 6319, 600-601 (1991). DOI: 10.1038/350600a0

Citado: 2,298 vezes

17) BLONDER, GE; TINKHAM, M; KLAPWIJK, TM, Transition From Metallic to Tunneling Regimes in Superconducting Micro-Constrictions - Excess Current, Charge Imbalance, and Super-Current Conversion. PHYSICAL REVIEW B, 25, 7, 4515-4532 (1982). DOI: 10.1103/PhysRevB.25.4515

Citado: 2,038 vezes

18) TRANQUADA, JM; STERNLIEB, BJ; AXE, JD; et al., Evidence for Stripe Correlations of Spins and Holes in Copper-Oxide Superconductors. NATURE, 375, 6532, 561-563 (1995). DOI: 10.1038/375561a0

Citado: 1,994 vezes

19) FISHER, DS; FISHER, MPA; HUSE, DA, Thermal Fluctuations, Quenched Disorder, Phase-Transitions, and Transport in Type-II Superconductors. PHYSICAL REVIEW B, 43, 1, 130-159 (1991). DOI: 10.1103/PhysRevB.43.130

Citado: 1,946 vezes

20) Pendry, JB; Holden, AJ; Stewart, WJ; et al., Extremely low frequency plasmons in metallic mesostructures. PHYSICAL REVIEW LETTERS, 76, 25, 4773-4776 (1996).  DOI: 10.1103/PhysRevLett.76.4773

Citado: 1,870 vezes

21) HAMALAINEN, M; HARI, R; ILMONIEMI, RJ; et al., Magnetoencephalography - Theory, Instrumentation, and Applications to Noninvasive Studies of the Working Human Brain. REVIEWS OF MODERN PHYSICS, 65, 2, 413-497 (1993). DOI: 10.1103/RevModPhys.65.413

Citado: 1,850 vezes 

22) Berger, L, Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current. PHYSICAL REVIEW B, 54, 13, 9353-9358 (1996). DOI: 10.1103/PhysRevB.54.9353

Citado: 1,802 vezes

23) CAMPBELL, AM; EVETTS, JE, Flux Vortices and Transport Currents in Type II Superconductors. ADVANCES IN PHYSICS, 21, 90, 199-& (1972).  DOI: 10.1080/00018737200101288

Citado: 1,155 vezes

24) BARDEEN, J; STEPHEN, MJ, Theory of Motion of Vortices in Superconductors. PHYSICAL REVIEW, 140, 4A, 1197-& (1965).

Citado: 1,082 vezes

Grafite revela suas faces supercondutora e ferromagnética (graphite reveals their superconducting face)

Com informações da Agência Fapesp - 07/01/2013

 O mundo vai mudar

          Alguns elementos químicos, como o mercúrio, o chumbo e as ligas à base de nióbio, são capazes de conduzir corrente elétrica sem resistência nem perdas quando submetidos a baixíssimas temperaturas - na ordem de menos 270 graus Celsius. São os chamados supercondutores.

    Tal propriedade permitiu o desenvolvimento de poderosos eletroímãs usados, por exemplo, em máquinas de ressonância magnética, espectrômetros de massa, aceleradores de partículas, trens de levitação magnética e redes inteligentes capazes de transportar energia elétrica com maior eficiência.

    A aplicação dessa tecnologia, no entanto, é limitada pela dificuldade e pelo custo do resfriamento extremo, geralmente feito com hélio ou nitrogênio líquido.

    A busca de materiais capazes de se comportar como supercondutores em temperatura ambiente, portanto, tem mobilizado cientistas de todo o mundo, entre eles Yakov Kopelevich, professor da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). “O máximo que já se conseguiu no meio acadêmico foi fazer um supercondutor funcionar em torno de menos 100 graus Celsius. Se realmente encontrarmos um supercondutor que funcione em temperatura ambiente, o mundo vai mudar,” profetizou Kopelevich.

Devido aos custos de instalação e manutenção, o maior cabo supercondutor do mundo, instalado na Alemanha, tem pouco mais de 1 km de extensão. [Imagem: Nexans]

Grafite supercondutor

    Em 1999, Kopelevich observou evidências de supercondutividade no grafite - mineral composto por átomos de carbono - em uma faixa de temperatura que vai de menos 271 até 27 graus Celsius positivos.

  “A grande dificuldade é que, embora existam características supercondutoras no grafite, elas se encontram somente em alguns locais do material. Precisamos achar meios de extrair esses elementos e potencializar o fenômeno. Não é uma tarefa simples, mas já encontramos um caminho para realizá-la,” disse Kopelevich.

   O pesquisador vem trabalhando com um método conhecido como dopagem eletrostática, que consiste em aplicar um campo elétrico sobre o material para forçar a redistribuição da carga elétrica na superfície.

   “A ideia é trazer mais elétrons, que são os portadores de eletricidade, para a superfície do grafite. Aumentando a densidade de elétrons na superfície do material é possível induzir a supercondutividade”, explicou.

  Segundo Kopelevich, o Brasil possui uma das maiores e melhores reservas mundiais de grafite no Estado de Minas Gerais. “Se alcançarmos nosso objetivo, o Brasil será o melhor lugar para produzir supercondutores de grafite”, afirmou.

O magnetismo inesperado do grafite entusiasmou pesquisadores da área da spintrônica. [Imagem: Kees Flipse]

Ferromagnetismo no grafite

Embora sua principal linha de pesquisa seja no campo da supercondutividade, Kopelevich também se dedica a buscar meios de potencializar outra propriedade observada no grafite: o ferromagnetismo. Nesse caso, o fenômeno também está concentrado em algumas partes do material, mas a oxidação do mineral amplia o efeito. “Para isso, basta transformar o grafite em pó e expor ao oxigênio,” disse.

     O ferromagnetismo é importante para a produção de ímãs de diversos tipos - desde aqueles usados em geladeiras, como também os de motores, equipamentos eletrônicos, peças de computador, geradores e transformadores de energia. Há seis elementos naturais com propriedades ferromagnéticas e somente três que funcionam em temperatura ambiente: ferro, cobalto e níquel, explicou Kopelevich. “Acreditava-se que esse fenômeno só era possível em elementos pesados, mas o carbono é um elemento leve. Se conseguirmos potencializar sua propriedade ferromagnética, isso terá implicações enormes, por exemplo, na área de aviação e de exploração espacial,” afirmou.

     Kopelevich realiza as pesquisas com uma forma ultrapura do material, chamado grafite pirolítico altamente orientado (HOPG), mas acredita que a supercondutividade também pode ser induzida na forma desordenada ou amorfa, significativamente mais barata. “Com o método da dopagem eletrostática qualquer grafite pode apresentar essa propriedade”, disse.

     O grafite é uma das três formas alotrópicas do carbono. As outras duas são o diamante e o fulereno. O mineral é composto por múltiplas camadas de átomos de carbono - cada um desses planos é conhecido como grafeno.

Fonte (Inovação Tecnológica): http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=grafite-supercondutor-ferromagnetico&id=010160130107

Fonte (Fapesp): http://agencia.fapesp.br/16633