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HTCS-01 II. A Dinâmica do Método Científico: o exemplo da supercondutividade de alta temperatura Supercondutividade convencional: 1) Resistência nula Metal normal HTCS-02 2) Efeito Meissner Campo magnético não entra na amostra Levitação magnética HTCS-03 Aplicações tecnológicas no dia-a-dia? $ 4He N2 gelo -269 -250 -200 -150 SUC’s convencionais 0 SUC’s de alta temperatura T (°C) HTCS-04 O diagrama de fases de um supercondutor de alta Tc HTCS-05 Diferenças fundamentais entre os SUC’s: •alta Tc •estado normal metálico ou isolante (dep de x) •proximidade de uma fase magnética HTCS-06 Estrutura cristalina: HTCS-07 Cálculos de bandas: caso não-dopado (x = 0): Metal ???? Incluindo correlação, o comportamento isolante (correto!) é obtido HTCS-08 Ordenamento antiferromagnético: planos de CuO2 O Cu HTCS-09 Descrição simplificada do isolante antiferromagnético dopado transfere buraco do sitio j para i H t i i, j ni ni j j i U sítios de Cu Favorece o salto do buraco entre sítios (Modelo de Hubbard) i Repulsão Coulombiana: a energia total aumenta se 2 e’s ocuparem o mesmo orbital termo de correlação HTCS-10 S/ dopagem: energia é minimizada se colocarmos 1 buraco por sítio os buracos tendem a ficar localizados nos sítios sistema é um isolante (Mott) (para qq valor da repulsão Coulombiana) C/ dopagem: buracos adicionais são “compartilhados”, diminuindo o momento local a tendência à ordem é enfraquecida HTCS-11 O que o modelo simplificado prevê (2 dimensões)? Teoria de Campo Médio (teoria de 1 partícula) Simulações de Monte Carlo HTCS-12 Este exemplo ilustra que a dimensão, d, do sistema desempenha um papel crucial: d desvios do comportamento médio (flutuações) Teorias de Campo Médio podem prever comportamentos pouco realistas em d = 1 ou 2 HTCS-13 Comportamento magnético razoavelmente bem explicado pelo modelo simplificado E como explicar a fase AFM se estender a uma dopagem não-nula? multi-orbitais, 3a. dimensão, etc HTCS-14 Vejamos agora a fase SG: Inicialmente pensou-se tratar de uma fase de vidro de spin [spinglass], mas estudos experimentais e teóricos recentes sugerem tratar-se de uma fase listrada HTCS-15 Fase listrada melhor observada num “primo” dos supercondutores Formação de CDW [onda de densidade de carga] novo ingrediente: ordenamento direcional dos orbitais d do Mn HTCS-16 Ondas de densidade de carga e ondas de densidade de spin Separemos os elétrons em duas “espécies”: spin- e spin- N.B.: Em 1-D não há ordem magnética de longo alcance; a SDW é um estado quase-ordenado HTCS-17 HTCS-18 Se período da CDW incomensurável com a rede [i.e., r a; r racional e a parâmetro de rede] transporte de corrente é não-ômico ômico não-ômico Explicação: analogia mecânica HTCS-19 Acredita-se que nos HTCS haja um equilíbrio entre o ordenamento de spin (AFM, nao SDW) e o ordenamento de cargas (tipo CDW) ao longo de uma direção ( na Fig.): As cargas tendem a se agrupar em regiões de menor ordem AFM HTCS-20 Vejamos agora a Supercondutividade: Qual o mecanismo (i.e., o que torna alguns materiais) SUC? Para responder a esta pergunta, voltemos aos SUC convencionais log10 Tc Efeito isotópico: = 0.504 Tc M (M é a massa do isótopo utilizado como íon da rede) log10 M ions participam ativamente fônons HTCS-21 Frölich (1951): Um elétron pode atrair outro, via interação com os fônons: HTCS-22 2 elétrons interagindo atrativamente em presença do mar de Fermi formam um estado ligado: par de Cooper (1957) Estados desocupados F Estados ocupados Gás de e `s + interação atrativa Conseqüência: abre-se um gap no espectro HTCS-23 energia energia Para entender o papel do gap, analisemos o processo de condução em metais normais (cargas positivas): momento k i 0 j0 k i momento i 0 j0 i dens. de corrente Buraco só é espalhado ( resistência) pq há estados finais disponíveis HTCS-24 KCM = 0 momento energia energia Condução por pares: momento Para um par “sentir” a impureza teria que ser quebrado: KCM 0 alto custo energético (gap!) Ao formarem pares, os elétrons “se vacinam” contra as fontes de resistência HTCS-25 Teoria BCS [Bardeen, Cooper & Scrieffer] (1957): k BTc –h 1 D exp g ( ) u F escala dede energia: determinada intensidade daestados interacao viadefonon densidade no e-e nivel Fermi pelos fonons temperaturas limitadas a 30 K HTCS-26 HTCS: ausência de efeito isotópico sugestiva de outro mecanismo eR=0 0 Tc T R=0 0 conv Tc HTCS T* T Candidato: interação (magnética) entre spins Até o momento não há teoria satisfatória para os HTCS!!!
