Distribuição da densidade de elétrons do orbital da fronteira de uma molécula de TMTTF. Os elétrons dos átomos constituintes da molécula podem ser considerados como elétrons do núcleo, que não têm interações com os arredores, ou elétrons de orbitais de fronteira, que determinam muitas propriedades físicas da molécula. Conseguimos visualizar a distribuição orbital molecular de fronteira de um TMTTF por análise estrutural precisa usando um método de síntese de Fourier diferencial de núcleo (CDFS). Crédito:Shunsuke Kitou
A equipe de físicos liderada pela Universidade de Nagoya usa uma fonte de raios-X de radiação síncrotron para sondar a chamada transição "sem estrutura" e desenvolver uma nova compreensão dos condutores moleculares.
Normalmente associamos a condução de eletricidade com metais. Contudo, algumas das altas condutividades medidas são encontradas em certos cristais moleculares orgânicos. Metálico, propriedades semicondutoras e até mesmo supercondutoras podem ser alcançadas nesses materiais, que interessam cientistas há décadas. A mudança de temperatura ou pressão causa transições de fase na estrutura cristalina dos condutores moleculares e suas propriedades de condução relacionadas. Os cientistas geralmente podem determinar a estrutura do cristal usando difração de raios-X. Contudo, a mudança estrutural que acompanha a transição de fase em um cristal orgânico particular (TMTTF) 2PF6 tem desafiado o exame por quase 40 anos.
Agora, uma equipe de pesquisa da Universidade de Nagoya finalmente explicou as misteriosas mudanças estruturais dessa transição de fase e seu comportamento eletrônico relacionado.
"Os pesquisadores questionaram que o sal TMTTF (tetrametiltetratiafulvaleno) mostra uma transição de desproporção de carga em 67 Kelvin, mas nenhuma mudança relevante em sua estrutura cristalina. Essa transição é um mistério de longa data conhecido como 'transição sem estrutura', "explica o autor principal Shunsuke Kitou.
TMTTF é um doador orgânico que também é encontrado em alguns supercondutores orgânicos. Logo acima da temperatura em que o nitrogênio líquido congela, este cristal orgânico se comporta como um isolante. Mas à medida que a temperatura diminui, ela passa por mudanças eletrônicas e magnéticas.
Até agora, essas mudanças estruturais eram muito pequenas para serem medidas diretamente. Usando a fonte de raios-X em SPring8, em Hyogo Japão, a equipe pode determinar com precisão a estrutura do cristal em cada estágio. A transição sem estrutura envolve a formação de um cristal de Wigner bidimensional, com base em uma mudança no padrão de distribuição de elétrons na estrutura.
"Nós caracterizamos com precisão as mudanças estruturais sutis ao longo desta transição e, finalmente, fornecemos uma explicação física completa para a estrutura imutável aparente deste condutor orgânico, "diz o líder do grupo Hiroshi Sawa." Ainda faltam dados cristalográficos precisos para muitos condutores orgânicos e esperamos que nossas descobertas inspirem outros grupos a examinar mais de perto esses sistemas. Uma melhor compreensão de seu comportamento complexo pode abrir caminho para uma série de novos materiais eletrônicos funcionais. "
