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HTCS-01 II. A Dinâmica do Método Científico: o exemplo da supercondutividade de alta temperatura Supercondutividade convencional: 1) Resistência nula.

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2 HTCS-01 II. A Dinâmica do Método Científico: o exemplo da supercondutividade de alta temperatura Supercondutividade convencional: 1) Resistência nula Metal normal

3 HTCS-02 2) Efeito Meissner Campo magnético não entra na amostra Levitação magnética

4 HTCS-03 Aplicações tecnológicas no dia-a-dia? T (°C) 0 gelo He -200 N2N2 SUCs convencionais -150 SUCs de alta temperatura $

5 HTCS-04 O diagrama de fases de um supercondutor de alta Tc

6 HTCS-05 Diferenças fundamentais entre os SUCs: alta T c estado normal metálico ou isolante (dep de x) proximidade de uma fase magnética

7 HTCS-06 Estrutura cristalina:

8 HTCS-07 Cálculos de bandas: caso não-dopado (x = 0): Metal ????Incluindo correlação, o comportamento isolante (correto!) é obtido

9 HTCS-08 Ordenamento antiferromagnético: planos de CuO 2 Cu O

10 HTCS-09 Descrição simplificada do isolante antiferromagnético dopado Favorece o salto do buraco entre sítios Repulsão Coulombiana: a energia total aumenta se 2 e s ocuparem o mesmo orbital termo de correlação (Modelo de Hubbard) sítios de Cu transfere buraco do sitio j para i

11 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

12 HTCS-11 O que o modelo simplificado prevê (2 dimensões)? Teoria de Campo Médio (teoria de 1 partícula) Simulações de Monte Carlo

13 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

14 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

15 HTCS-14 Vejamos agora a fase SG: Inicialmente pensou-se tratar de uma fase de vidro de spin [spin- glass], mas estudos experi- mentais e teóricos recentes sugerem tratar-se de uma fase listrada

16 HTCS-15 Fase listrada melhor observada num primo dos supercondutores novo ingrediente: ordenamento direcional dos orbitais d do Mn Formação de CDW [onda de densidade de carga]

17 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

18 HTCS-17

19 HTCS-18 ômiconão-ômico Se período da CDW incomen- surável com a rede [i.e., r a; r racional e a parâmetro de rede] transporte de corrente é não-ômico Explicação: analogia mecânica

20 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.): HTCS-19 As cargas tendem a se agrupar em regiões de menor ordem AFM

21 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 Efeito isotópico: (M é a massa do isótopo utilizado como íon da rede) ions participam ativamente fônons log 10 T c log 10 M = 0.504

22 HTCS-21 Frölich (1951): Um elétron pode atrair outro, via interação com os fônons:

23 HTCS-22 2 elétrons interagindo atrativamente em presença do mar de Fermi formam um estado ligado: par de Cooper (1957) Gás de e `s Estados ocupados Estados desocupados F + interação atrativa Conseqüência: abre-se um gap no espectro

24 HTCS-23 Para entender o papel do gap, analisemos o processo de condução em metais normais (cargas positivas): momento energia momento energia Buraco só é espalhado ( resistência) pq há estados finais disponíveis dens. de corrente

25 HTCS-24 energia momento energia momento Condução por pares: K CM = 0 Para um par sentir a impureza teria que ser quebrado: K CM 0 alto custo energético (gap!) Ao formarem pares, os elétrons se vacinam contra as fontes de resistência

26 – HTCS-25 Teoria BCS [Bardeen, Cooper & Scrieffer] (1957): escala de energia: determinada pelos fonons temperaturas limitadas a 30 K intensidade da interacao e-e via fonon densidade de estados no nivel de Fermi

27 HTCS-26 HTCS: ausência de efeito isotópico sugestiva de outro mecanismo Candidato: interação (magnética) entre spins Até o momento não há teoria satisfatória para os HTCS!!! T TcTc 0 T*T* HTCS T TcTc 0 conv e R = 0 R = 0


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