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HTCS-01

Metal normal. HTCS-01. II. A Din â mica do M é todo Cient í fico: o exemplo da supercondutividade de alta temperatura. Supercondutividade convencional: 1) Resistência nula. HTCS-02. 2) Efeito Meissner.  Levitação magnética. Campo magnético não entra na amostra. $.

anika
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Presentation Transcript

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

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

  3. $ SUC’s convencionais SUC’s de alta temperatura HTCS-03 Aplicações tecnológicas no dia-a-dia? N2 gelo 4He -269 -250 -200 -150 0 T (°C)

  4. HTCS-04 O diagrama de fases de um supercondutor de alta Tc

  5. HTCS-05 Diferenças fundamentais entre os SUC’s: • alta Tc • estado normal metálico ou isolante (dep de x) • proximidade de uma fase magnética

  6. HTCS-06 Estrutura cristalina:

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

  8. HTCS-08 Ordenamento antiferromagnético: planos de CuO2  O Cu

  9. transfere buraco do sitio j para i sítios de Cu 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)

  10. 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

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

  12. 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

  13. 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

  14. 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

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

  16. 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

  17. HTCS-17

  18. ômico não-ômico Explicação: analogia mecânica HTCS-18 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

  19. 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

  20.  = 0.504 log10 Tc log10 M 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

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

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

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

  24. energia energia momento momento HTCS-24 Condução por pares: KCM = 0 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

  25. – 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 HTCS-25 Teoria BCS [Bardeen, Cooper & Scrieffer] (1957):

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

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